Welche Arten von Turbinen werden in der Wasserkraft eingesetzt?

Es gibt zwei Haupttypen von Wasserkraftturbinen: Reaktionsturbinen und Impulsturbinen.

Die Art der Wasserkraftturbine, die für ein Projekt ausgewählt wird, basiert auf der Höhe des stehenden Wassers – bezeichnet als „Gefälle“ – und dem Durchfluss oder dem Wasservolumen über die Zeit am Standort. Weitere entscheidende Faktoren sind, wie tief die Turbine installiert werden muss, die Turbineneffizienz und die Kosten.

Hier sind einige der heute weltweit am häufigsten verwendeten Turbinen.

• Reaktionsturbine

Eine Reaktionsturbine erzeugt Strom aus den kombinierten Kräften von Druck und fließendem Wasser. Ein Laufrad wird direkt in den Wasserstrom platziert, wodurch das Wasser über die Schaufeln strömt, anstatt jede einzeln zu treffen. Reaktionsturbinen werden im Allgemeinen für Standorte mit geringerem Gefälle und höherem Durchfluss verwendet und sind der am häufigsten verwendete Typ in Wasserkraftprojekten.

Die beiden gebräuchlichsten Arten von Reaktionsturbinen sind Propeller (einschließlich Kaplan) und Francis. Kinetische Turbinen sind ebenfalls eine Art von Reaktionsturbine.

Propellerturbine: Eine Propellerturbine hat im Allgemeinen ein Laufrad mit drei bis sechs Schaufeln. Wasser berührt alle Schaufeln ständig. Stellen Sie sich einen Schiffspropeller vor, der in einem Rohr läuft. Durch das Rohr ist der Druck konstant; wäre er es nicht, wäre das Laufrad unausgeglichen. Die Neigung der Schaufeln kann fest oder verstellbar sein. Die Hauptkomponenten neben dem Laufrad sind ein Spiralgehäuse, Leitklappen und ein Saugrohr. Es gibt verschiedene Arten von Propellerturbinen:

Bulbturbine: Die Turbine und der Generator sind eine abgedichtete Einheit, die direkt in den Wasserstrom platziert wird.

Kaplanturbine: Sowohl die Schaufeln als auch die Leitklappen sind verstellbar, was einen größeren Betriebsbereich ermöglicht

Francis-Turbine: Die Francis-Turbine war die erste moderne Wasserkraftturbine und wurde 1849 vom britisch-amerikanischen Ingenieur James Francis erfunden. Eine Francis-Turbine hat ein Laufrad mit festen Schaufeln, normalerweise neun oder mehr. Wasser wird knapp oberhalb des Laufrads und ringsum eingeleitet, das dann durchfällt und die Schaufeln zum Drehen bringt. Neben dem Laufrad sind die anderen Hauptkomponenten ein Spiralgehäuse, Leitklappen und ein Saugrohr. Francis-Turbinen werden häufig für mittlere bis hohe Gefälle (130 bis 2.000 Fuß) eingesetzt, obwohl sie auch für geringere Gefälle verwendet wurden. Francis-Turbinen funktionieren sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Ausrichtung gut.

• Impulsturbine

Eine Impulsturbine nutzt im Allgemeinen die Geschwindigkeit des Wassers, um das Laufrad zu bewegen, und entlädt sich bei atmosphärischem Druck. Ein Wasserstrahl trifft auf jeden Becher des Laufrads. Ohne Sog auf der Unterseite der Turbine fließt das Wasser nach dem Treffen des Laufrads aus dem unteren Teil des Turbinengehäuses. Eine Impulsturbine ist im Allgemeinen für Anwendungen mit hohem Gefälle und geringem Durchfluss geeignet. Die beiden Haupttypen von Impulsturbinen sind Pelton- und Querstromturbinen.

Pelton-Turbine: Die Pelton-Turbine wurde in den 1870er Jahren vom amerikanischen Erfinder Lester Allan Pelton erfunden. Ein Pelton-Rad hat einen oder mehrere freie Strahlen, die Wasser in einen belüfteten Raum ausstoßen und auf die Becher eines Laufrads treffen. Pelton-Turbinen werden im Allgemeinen für sehr hohe Gefälle und geringe Durchflüsse verwendet. Saugrohre sind für eine Impulsturbine nicht erforderlich, da das Laufrad oberhalb des maximalen Niedrigwassers positioniert sein muss, um den Betrieb bei atmosphärischem Druck zu ermöglichen.

Turgo-Turbine: ist eine Art von Impulsturbine und eignet sich für Gefälle von 50 m bis 250 m, zwischen Francis-Turbine und Pelton-Turbine.
Das Merkmal ist ein Winkel von 22,5°, der zwischen der Mittellinie des Düsengestrahls und der Rotationsebene des Laufrads gebildet wird. Das Wasser aus der Druckleitung wird durch die Düse in einen Hochgeschwindigkeitsstrahl umgewandelt. Das Wasser wird schräg zu einer Seite des Laufrads geleitet und entlädt sich auf der anderen Seite. Die dynamische Kraft des Wasserflusses lässt das Laufrad schnell rotieren.

Querstromturbine: Die ursprüngliche Querstromturbine wurde Anfang des 20. Jahrhunderts von Anthony Michell, einem österreichischen Ingenieur, entworfen. Später verbesserte Donát Bánki, ein ungarischer Ingenieur, sie, und sie wurde von dem deutschen Ingenieur Fritz Ossberger noch weiter verbessert. Eine Querstromturbine ist trommelförmig und verwendet eine längliche, rechteckige Düse, die gegen gekrümmte Schaufeln auf einem zylindrisch geformten Laufrad gerichtet ist. Sie ähnelt einem „Eichhörnchen-Käfig“-Gebläse. Die Querstromturbine ermöglicht es dem Wasser, zweimal durch die Schaufeln zu fließen. Beim ersten Durchgang fließt das Wasser von außen nach innen durch die Schaufeln; der zweite Durchgang geht von innen wieder nach außen. Eine Leitschaufel am Eingang der Turbine lenkt den Fluss in einen begrenzten Teil des Laufrads. Die Querstromturbine wurde entwickelt, um größere Wasserdurchflüsse und geringere Gefälle zu bewältigen, als die Pelton-Turbine bewältigen kann.