Eine hydraulische Turbine ist eine Maschine, die die Energie eines Wasserstroms durch ein System rotierender Schaufeln in mechanische Energie umwandelt. Diese mechanische Energie kann verwendet werden, um eine andere Maschine oder einen elektrischen Generator anzutreiben.
Eine einfache Turbine besteht aus einem einzelnen Rotor mit Schaufeln, die einen Energieaustausch mit der Strömung ermöglichen. Die Laufradschaufeln lenken den Stromfluss ab, um kinetische Energie und Druckenergie umzuwandeln oder um den Flüssigkeitsimpuls mit einem Kraftmoment auf die Welle auszutauschen.
Das Moment der Kräfte in der Welle bewirkt die Drehung der Turbine, wodurch kinetische Rotationsenergie erzeugt wird. Wenn die Turbine an einen elektrischen Generator angeschlossen ist, wird Strom gewonnen. In anderen Fällen wird diese Energie direkt verwendet, um mechanische Arbeit zu erhalten.
Bei den meisten Hydraulikturbinen ist der Wasserfluss axial oder radial. In einer Querstromturbine fließt das Wasser jedoch zweimal in Querrichtung durch die Turbinenschaufeln, zuerst in Richtung der Welle und dann von dieser weg.
Arten von Hydraulikturbinen
Hydraulikturbinen, die in Wasserkraftanlagen eingesetzt werden, können nach zwei Kriterien klassifiziert werden.
Eine erste Klassifizierung nach ihrer Arbeitsweise kann Aktion oder Reaktion sein. Aktionsturbinen nutzen nur die Geschwindigkeit des Wasserflusses, während Reaktionsturbinen auch den Wasserdruckverlust innerhalb der Turbine nutzen.
Eine Turbine kann je nach Ausführung:
1. Turbina Pelton
Peltonturbinen sind Turbinen mit Teilansaugung und Querströmung. Eine der effizientesten Arten von Hydraulikturbinen.
Die Peltonturbine besteht aus einem Rad (Laufrad oder Rotor), das an seinem Umfang mit Löffeln ausgestattet ist. Diese Schaufeln wurden speziell entwickelt, um die hydraulische Energie eines Wasserstrahls umzuwandeln, der auf die Schaufeln fällt.
Peltonturbinen sind so konzipiert, dass sie große hydraulische Sprünge mit geringem Durchfluss ausnutzen.
2. Francis-Turbine
Die Francis-Turbine ist eine interne Strömungsturbine, die sowohl radiale als auch axiale Strömungskonzepte kombiniert.
Die Francis-Turbine ist eine sogenannte "Reaktionsturbine", da das Antriebselement (normalerweise Wasser) durch sie aufgebracht wird und es die Zirkulation des Antriebselements selbst ist, die sie bewegt.
Es besteht aus einem festen Teil mit gekrümmten Führungen, die als Deflektoren (oder Verteiler) bezeichnet werden, und einem beweglichen Teil mit ebenfalls gekrümmten Schaufeln, die als Rotor bezeichnet werden. Die Neigung der Deflektoren kann eingestellt werden, um den auf die Schaufeln ausgeübten Durchfluss anzupassen und so die Drehzahl der Turbine zu regulieren.
Es ist ein Turbinentyp, der sich sehr gut für mittelhohe Sprünge mit mittleren Durchflussraten eignet und sehr hohe Leistungen erbringen kann.
3. Turbina Tiger
Kaplan-Turbinen sind Axialreaktions-Wasserturbinen mit einer Walze, die ähnlich wie ein Schiffspropeller funktioniert.
Sie werden in Installationen mit kleinen Wasserfällen eingesetzt. Die breiten Schaufeln oder Schaufeln der Turbine werden von Hochdruckwasser angetrieben, das von einem Tor freigesetzt wird.
Das Wasser zirkuliert in die gleiche Richtung zur Achse. Neben der Möglichkeit, die Neigung der Deflektoren zu regulieren, ist es auch möglich, die Neigung der Rotorblätter einzustellen. Auf diese Weise passt sich die Turbine dem Leistungsbedarf jedes Augenblicks an. Es wird in Installationen mit kleinen Wasserfällen und großen Wassermengen wie Stauseen verwendet.
4. Propellerturbine
Wie alle Hydraulikturbinen besteht die Propellerturbine aus einem Führungsring mit Führungsblättern und einem Rotor. Je nach Durchfluss kann die Propellerturbine durch einfache Regelung (Einstellung der Leitschaufeln) oder doppelt (Einstellung der Leitschaufeln und Rotordrehzahl) hergestellt werden.
Die Leitschaufeln stellen das Volumen des in den Rotor eintretenden Wasserflusses ein. Gleichzeitig ändern sie die Strömungsrichtung so, dass sie mit ihrem eigenen Drehmoment in den Rotor eintritt, so dass sich der Rotor dreht.
Unter Effizienzgesichtspunkten kann die Propellerturbine mit einer Kaplan-Turbine verglichen werden. Darüber hinaus ermöglicht die elektronische Regelung einer Propellerturbine das Erreichen niedriger Wasserbetriebspunkte, die mit einer Kaplan-Turbine nicht erreicht werden können.