Das Plus der Wasserkraft

Die Pelton-Turbine (Freistrahlturbine) ist eine Gleichdruckturbine, deren Laufrad in der Luft rotiert. Die Energie an der Eintrittsseite der Turbine wird mit Hilfe einer oder mehrerer Düsen vollständig in kinetische Energie – also Bewegungsenergie – umgewandelt, bevor der Wasserstrahl auf das Laufrad auftrifft. Das Pelton-Laufrad ist eine Scheibe an deren äußerem Umfang die Becher angeordnet sind. Weil das Wasser die Becher durchfließt und dabei fast um 180° umgelenkt wird, dreht sich die Scheibe und setzt so die Energie um.
Das aus den Bechern ausströmende Wasser gelangt mit sehr geringer Geschwindigkeit in freiem Fall bzw. entlang der Wände des Turbinengehäuses in das Unterwasser. Die Pelton-Turbine findet bei großen Fallhöhen und relativ geringen Durchflüssen ihren Einsatz.

Die Francis-Turbine ist eine Radial-Überdruckturbine, da der Druck vor dem Laufrad größer ist als der Umgebungsdruck. Die Energie an der Eintrittsseite der Turbine wird im Leitapparat nur teilweise in kinetische Energie umgewandelt. Das Laufrad der Francis Turbine besteht aus einer mit der Turbinenwelle verbundenen Scheibe (Boden oder Nabe), den profilierten Schaufeln und dem über die Schaufeln gelegten Kranz. Die Zuströmung erfolgt radial, die Abströmung erfolgt axial. Im Laufrad wird die Relativströmung beschleunigt, umgelenkt und damit eine Drehbewegung erzeugt. Richtung und Betrag der Eintrittsgeschwindigkeit werden durch die Stellung der Leitschaufeln vorgegeben. Damit kann der erforderliche Durchfluss eingestellt werden. Am Austritt der Turbine herrschen noch relativ große Geschwindigkeiten vor. Daher ist für einen guten Turbinenwirkungsgrad ein Saugrohr notwendig, wo Geschwindigkeit in Druck umgewandelt wird. Der maximale Wirkungsgrad wird bei drallfreiem Austritt erreicht. Die Francis-Turbine ist für mittlere Fallhöhen und mittlere bis höhere Durchflussmengen im Einsatz.

Die Kaplan-Turbine ist eine Axial-Überdruckturbine und besteht aus einem Turbinengehäuse mit verstellbaren Leitschaufeln. Das zugehörige Laufrad besteht aus der Nabe, in der drehbare Schaufeln eingesetzt sind. Der Verstellmechanismus ist in der Nabe untergebracht. Mit einem schmalen Spalt zwischen dem rotierenden Laufrad und dem stehenden Laufradmantel werden die Verluste klein gehalten. Die Zu- und Abströmung erfolgen axial. Im Laufrad wird die Relativströmung beschleunigt, umgelenkt und damit eine Drehbewegung erzeugt. Durch die Doppelregulierung – die Verstellung der rotierenden Laufradschaufeln und auch der im Turbinengehäuse stehenden Leitschaufeln – können die Turbinen an starke Durchflussschwankungen angepasst werden, um so den optimalen Wirkungsgrad zu erreichen. Am Austritt der Turbine herrschen noch relativ große Geschwindigkeiten vor. Daher ist für einen guten Turbinenwirkungsgrad ein Saugrohr notwendig, wo Geschwindigkeit in Druck umgewandelt wird. Die Kaplanturbine ist am besten bei großen Wassermengen und niedrigem Gefälle geeignet.