Kaplan-Turbine

1913 reichte Viktor Kaplan das Patent der gleichnamigen Turbine ein. Die große Änderung zu den bis damals bekannte Turbinen, wie z. B. die Francis-Turbine, war die Regelbarkeit des Laufrades. Das Laufrad der Turbine gleicht einem rückwärts gerichteten Schiffspropeller dessen Flügel verstellbar sind.

Durch die verstellbaren Leit- und Laufradschaufeln kann ein Wirkungsgrad von bis zu 95 % erreicht werden. Die Kaplan-Turbine ist für den Einsatz bei niedrigen Fallhöhen sowie großen und schwankenden Durchflussmengen prädestiniert, d.h. das Einsatzgebiet der Kaplan-Turbine sind vor allem Wasserkraftwerke an Fließgewässern mit großen Durchflussmengen.

Bei kleineren Anlagen wird der Einlauf in Form eines konstruktiv sehr einfachen Einlaufschachtes ausgeführt. Bei größeren Anlagen werden in der Regel Spiralgehäuse aus Stahl oder Stahlbeton eingebaut, die dem Wasser den nötigen Drall versetzen und für einen gleichmäßigen Zufluss sorgen. Das Wasser wird dann dem Laufrad axial zugeführt, wobei die Leitschaufeln die Richtung des Wassers positiv beeinflussen und es auf die Laufradschaufeln leiten. Der Einbau erfolgt meistens vertikal, so dass das Wasser die Kaplan-Turbine von oben nach unten durchströmt. Meistens wird oberhalb der Kaplan-Turbine der Drehstromgenerator angebracht, um die durch das Laufrad erzeugte kinetische Energie über eine Vertikalwelle ohne Umlenkverluste zum Generatorrotor übertragen zu können. Neben der Aufgabe als Regelorgan können die Leitschaufeln auch die Funktion des Absperrorgans erfüllen, was den Einsatz eines zusätzlichen Absperrorgans neben dem Notverschluss überflüssig macht. Am Laufradaustritt ist ein Saugrohr installiert, welches für die Optimierung der Energieausbeute sorgt.

Durch jahrzehntelange Beobachtungen in Praxis und Forschung kann heute bei Revitalisierung von bestehenden Wasserkraftanlagen der Wirkungsgrad oft signifikant erhöht werden. Die Potentiale zur Verbesserung liegen vor allem im Bereich des Saugrohrs und im Übergang zwischen Laufrad und Saugrohr.