Kaplanturbine

Die Kaplanturbine ist eine Wasserturbine. Bei der Kaplanturbine handelt es sich um eine Überdruckturbine. Durch die vor dem Laufrad installierten Leitschaufeln der Kaplanturbine wird ein Drall im Triebwasser erzeugt. Beim Durchströmen der Wasserturbine wirkt der Impuls des Triebwassers auf die Laufschaufeln. Dadurch wird das Laufrad in Rotation versetzt.

Eingesetzt werden Kaplanturbinen bei einer Fallhöhe von etwa 2 m bis 80 m und bei einem Volumenstrom zwischen 1 m³/s und 250 m³/s. Sie werden somit im Niederdruckbereich und Mitteldruckbereich eingesetzt. Kaplanturbinen werden beispielsweise im Laufwasserkraftwerk und im Gezeitenkraftwerk installiert. Die Kaplanturbine wird beispielsweise in Gezeitenkraftwerken als Rohrturbine ausgeführt. Kaplanturbinen erreichen einen maximalen Wirkungsgrad von bis zu 95 Prozent. In Abbildung 1 ist eine Kaplanturbine schematisch dargestellt.

Im Gegensatz zur Propellerturbine sind bei der Kaplanturbine neben den Leitschaufeln auch die Laufschaufeln beweglich und regelbar. Dadurch kann der Anstellwinkel sowohl der Leitschaufeln als auch der Laufschaufeln zur Wasserströmung verändert werden. Dies ermöglicht eine Optimierung der Beaufschlagung der Laufschaufeln bei variierender Triebwassermenge. Die Kaplanturbine verfügt über etwa 3 bis 8 verstellbare Laufschaufeln. Durch die Verstellbarkeit der Laufschaufeln können die Wirkungsgradverluste außerhalb des Nennlastbetriebes gering gehalten werden. So liegt bei 30 Prozent bis 100 Prozent des Nennvolumenstroms der Wirkungsgrad bei etwa 80 Prozent und bis zu 95 Prozent. Zusätzlich übernehmen die Laufschaufeln der Kaplanturbine eine Sperrfunktion. So kann der Wasserfluss hinter dem Laufrad abgesperrt werden. Bei kleinen Anlangen kann dadurch auf ein zusätzliches Absperrorgan verzichtet werden.

Die Kaplanturbine kann sowohl mit vertikaler als auch mit horizontaler oder leicht geneigter Wellenachse ausgeführt werden. Eine Kaplan-Rohrturbine ist eine Kaplanturbine mit horizontaler Achse. Der Einlaufschacht, die Wasserturbine und das Saugrohr sind nahezu linear angeordnet. Durch den geringeren Platzbedarf des Maschinenhauses reduzieren sich die Kosten im Vergleich zur Ausführung mit einer anderen Wasserturbine. S-Rohrturbine, Kegelrad-Rohrturbine oder Getriebe-Rohrturbine stellen weitere Sonderbauformen der Kaplan-Rohrturbine dar. Anwendung finden diese in Kleinwasserkraftwerken.

Die Straight-Flow-Turbine stellt eine weitere Bauform der Kaplanturbine dar. Sie wird auch als Strafloturbine bezeichnet. Eine Strafloturbine weist einen Außenkranzgenerator auf. Der Außenkranzgenerator ist dabei auf dem Laufrad der Wasserturbine installiert. Der konzentrisch angeordnete Ständer des Generators befindet sich außerhalb des Strömungsrohrs. Diese Bauweise ermöglicht kompakte Konstruktionen.

Englische Übersetzung(en):

Kaplan turbine