Technische Anwendungen der Mechanik

Schiffsschraube

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

Weiterführender Link: Schaukraftwerk Schwellöd: Turbinen

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.

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)

Weiterführender Link: Schaukraftwerk Schwellöd: Wasserräder