Spiralturbine
Eine Spiralturbine, auch geschlossene Turbine, ist eine Wasserturbine, die mit einer Einlaufspirale versehen ist. Der Gegensatz dazu ist die Schachtturbine, auch offene Turbine oder Kammerturbine genannt, bei der das Wasser vor dem Eintritt in den Leitschaufelkranz nicht besonders geführt wird. Spiralturbinen sind heute die übliche Bauform für Francis- und Kaplan-Turbinen. Sie haben gegenüber Schachtturbinen einen besseren Wirkungsgrad. Schachtturbinen sind heute meist nur noch bei historischen Kraftwerken und Kleinwasserkraftwerken mit geringen Fallhöhen anzutreffen.[1]
Geschichte
Die 1849 entwickelte Francis-Turbine wurde am Anfang als Schachtturbinen ausgeführt. Diese einfache Konstruktion ließ sich aber nur für Fallhöhen bis 5 Meter verwenden.[1] In Deutschland fügte Georg A. Pfarr der Francis-Turbine die Einlaufspirale hinzu, sodass auch größere Fallhöhen genutzt werden konnten.[2]
Technik
Einlaufspirale
Die Einlaufspirale sorgt dafür, dass das Wasser schon vor dem Auftreten auf den Leitschaufelkranz einen zusätzlichen Drall erhält und auf dem ganzen Umfang der Turbine mit gleicher Geschwindigkeit auf den Leitschaufelkranz auftritt. Die Einlaufspirale hat die Form einer eingängiger Schnecke, deren Durchmesser sich gegen innen verkleinert. Dies sorgt dafür, dass am ganzen Umfang der Turbine der gleiche Druck und die gleiche Geschwindigkeit gehalten werden kann, obschon der Volumenstrom, durch das in die Turbine strömende Wasser, vom Eintrittsstutzen der Einlaufspirale bis zu deren Ende immer kleiner wird. Das Wasser tritt durch einen Spalt an der Innenseite der Schnecke in den Leitschaufelkranz ein.
Einlaufspiralen für große Fallhöhen sind als Stahlguss- oder Schweißkonstruktionen ausgeführt. Bei niedrigen Fallhöhen, besonders bei Kaplan-Turbinen, ist die Einlaufspirale meist aus Beton. Aus konstruktiven Gründen schließt die Lippe des Spaltes an der Innenseite der Einlaufspirale an ein Traversenring an, der aus zwei Traversenringdecks besteht, die mit Traversen verbunden sind. Diese Traversen sind als feststehende Leitschaufeln vor dem Leitschaufelkranz ausgebildet.[3] Große Spiralgehäuse müssen in mehreren Teilen hergestellt werden, die handhabbar und transportierbar sind. Sie werden erst auf der Baustelle zusammengesetzt.[4]
Einlaufspirale einer liegenden Francis-Turbine
im Kraftwerks Rabenauer Grund
Mehrteiliges Spiralgehäuse einer vertikalen Francisturbine in den 1940er Jahren,
Grand Coulee-Talsperre, USA
Schachtturbine
Bei Schachtturbinen ist die Turbine in einer einfachen rechteckigen Turbinenkammer untergebracht. Das Wasser läuft ohne zusätzliche Führung direkt in den Leitschaufelkranz ein. Das Gestänge zum Verstellen der Leitschaufeln liegt offen im Oberwasser.[5] Verwirbelungen des Oberwassers in den Ecken der Turbinenkammer und ungleichmäßige Anströmung des Turbinenumfangs führen zu Wirkungsgradverlusten.
- (c) Ludowingischer, CC BY-SA 2.0 de
Francis-Schachtturbine
Stehende Francis-Schachtturbine von G. Luther aus Braunschweig, ca. 1907
Kaplan-Schachtturbine im schwedischen Kraftwerk Skogsforsen, 1939
Einzelnachweise
- ↑ a b Francisturbine. Kraftwerk Reinisch GmbH
- ↑ Deutsches Museum: Francis-Spiralturbine, 1886..
- ↑ Patent WO2012110197: Hydraulische Strömungsmaschine. Angemeldet am 31. Januar 2012, Anmelder: Voith, Erfinder: Martin Schabasser.
- ↑ Patent US1462890: Spiral Casing. Angemeldet am 30. April 1920, Erfinder: H.B. Taylor.
- ↑ M. Adolph: Strömungsmaschinen: Turbinen, Kreiselpumpen und Verdichter Eine Einführung. Springer-Verlag, 1965, ISBN 978-3-642-88294-4, S. 109 (google.cz).
Auf dieser Seite verwendete Medien
Stehende Francis-Turbine, gebaut von G. Luther, Braunschweig
Francis turbine inlet scroll, Grand Coulee Dam
Wasserkraftwerk Skogsforsen I in Schweden. Schnitt durch den Maschinenraum. Kaplanturbine mit stehender Welle in offener Wasserkammer. Hochwasserfrei über dem Oberwasser liegender Generator. Im Maschinenhaus liegende Einlassschützen und Rechen.
Autor/Urheber: Loracco, Lizenz: CC BY-SA 3.0
Wasserkraftwerk Rabenauer Grund, seit 1911. Drei Maschinensätze. Zwei Maschinensätze mit einer Francis-Spiralturbine von Voith, Heidenheim (seit 1911) und einem Zwei-Phasen-Synchrongenerator von Pöge, Chemnitz (1911–2012), ersetzt durch einen Generator von AEM Dessau. Leistung 500 kVA. Ein neuer, dritte Maschinensatz mit einer Ossberger-Durchströmturbine für kleinere Wassermengen und einem Drei-Phasen-Synchrongenerator mit einer Leistung von 150 kVA von AEM, Dessau ist seit 2012 in Betrieb. Das Kraftwerk ist nach Ernst Robert Rudelt benannt, der als Bürgermeister von Deuben viele Einrichtungen der Daseinsvorsorge im gesamten Plauenschen Grund veranlasst hat. Das Bild zeigt den spiralförmigen Wassereinlauf.
.jpg)
(c) Ludowingischer, CC BY-SA 2.0 de
Blick auf den geschlossenen Leitapparat einer Francis-Schachtturbine in nicht geheberter Ausführung. Am unteren Bildrand ist das Steuergestänge zur Regulierung des Leitapparates zu sehen. Bearbeitete Version von Francis-Schachtturbine.jpg.
(c) Bundesarchiv, Bild 102-11144 / CC-BY-SA 3.0
Die deutsche Industrie arbeitet zurzeit an gewaltigen Riesenwerken, welche vorwiegend für die deutsche Wirtschaft wie die des Auslandes, bestimmt sind. Das Jahr 1928 verspricht ein bahnbrechendes Jahr deutscher Technik zu werden. Keine Riesen-Schnecke, sondern das Gehäuse einer Voith'schen Spiralturbine für das Wasserkraftwerk Channon in Irland. Der Durchmesser des Gehäuses beträgt 5,4 m.