Wasserräder und Turbinen
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Die ersten Wasserräder wurden ca. 200 v. Chr. gebaut.
Sie nutzen die ungerichtete Energie des
fliessenden Wassers. Im einfachsten Fall
(Bild links: mittelalterliches Wasserrad) wird das Wasserrad
einfach in ein fliessendes Gewässer gestellt.
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Der
Wirkungsgrad
lässt sich verbessern, wenn der Wasserstrahl von oben
mit grösserem Druck auf die Schaufeln geleitet wird
(rechtes Bild: Hammerschmiede in Aranno TI, in Betrieb ca.
1860-1951).
Ein langer Kanal führt das Wasser in die Nähe
des Wasserrades, dann wird das Wasser mit starkem Gefälle
gezielt auf die Schaufeln des Wasserrades geleitet.
Das Wasser wird dreifach genutzt:
- Antrieb des Schmiedehammers (vorderes Wasserrad)
- Antrieb für Bohrmaschine und Schleifstein (mittleres
Wasserrad)
- Blasebalg für Schmiedeofen (Prinzip Wasserstrahlpumpe,
senkrechtes Rohr hinten)
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Das Wasserrad ist die Urform der
Turbine.
Weiterführender Link:
Schaukraftwerk Schwellöd: Wasserräder
Das Wort Turbine stammt aus dem Französischen und wird
aus lateinisch turbo [Wirbel, Sturm, Kreisel] hergeleitet.
Eine Turbine setzt die ungerichtete Bewegungsenergie von Dampf, Gas,
Wasser oder Wind in Rotationsenergie, d.h. kreisförmige
Bewegungsenergie um. Die Urform der Turbine ist das
Wasserrad.
Wenn die Schaufeln so geformt werden, dass die
Kräfte des Wasserstrahls optimal umgesetzt werden,
nennt man diese Wasserräder Turbinen.
In etwas mehr als hundert Jahren Entwicklung setzten sich folgende
drei Turbinentypen durch:
- Pelton-Turbine (Erfinder L.A. Pelton 1829-1908, USA)
Am Peltonrad sind becherartige Schaufeln mit einer
Schneide in der Mitte angebracht. Das Wasser trifft aus einer
Düse mit grossem Druck auf die Schneide, teilt sich in zwei
Strahlen, und gibt seine Bewegungsenergie an die
Becherhäften ab.
Geeignet für Hochdruckkraftwerke (unterhalb von Stauseen
mit Fallhöhen von 70 - 1800 m
Leistung: 50 - 200'000 kW
- Kaplan-Turbine, um 1900 (Viktor Kaplan, 1876-1934, Österreich)
Die Kaplan-Turbine hat mehr Ähnlichkeit mit einer
Schiffsschraube
bzw. einem Flugzeugpropeller als mit einem Wasserrad.
Die Leit- und Laufschaufeln
sind verstellbar, sodass die Turbine an den Wasserstand
angepasst werden kann.
Geeignet für Laufkraftwerke in Flüssen,
wo das Wasser nur wenig Druck aufweist (Fallhöhe 7-60 m)
Leistung: 50 - 180'000 kW
- Francis-Turbine, 1849 (Erfinder: James B. Francis,
1815-1892, GB/USA)
Die Francis-Turbine weist gebogene Schaufeln auf.
Geeignet für Mitteldruckanlagen
(Fallhöhe 18-520 m)
Leistung: 50 - 750'000 kW
Weitere Bauformen, wie die
Jonvalturbine
des alten Luzerner Reusskraftwerks von 1887/89
haben heute keine praktische Bedeutung mehr.
Weiterführender Link:
Schaukraftwerk Schwellöd: Turbinen
Die Schiffsschraube stösst bei ihrer Drehung mit den
gebogenen Schaufeln das Wasser nach hinten.