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2.3.8 Turbinen
beitsmediums durch die Turbine. Dabei kommt es aber auch zu einer enormen Volumenzunahme, so
dass der Platzbedarf und der Volumenstrom des Dampfes in Strömungsrichtung steigen. Dem begegnet
man mit bei Druckabnahme entsprechend größer werdenden Laufraddurchmessern und Hintereinanderschalten
von Hoch-, Mittel- und Niederdruckturbinen zu einem sogenannten Turbosatz.
Dampfturbinen drehen üblicherweise mit 3.000 Umdrehungen pro Minute bzw. 50 Umdrehungen
pro Sekunde, woraus bei Kopplung mit einem Generator, dessen Rotor nur ein Polpaar hat, eine
Frequenz von 50 Hz resultiert. Die Turbine eines Kraftwerks, das in ein 60 Hz-Stromnetz einspeist,
hat entsprechend eine Drehzahl von 3.600. 133
Die von der Turbine abgegebene Leistung P T hängt vom Dampfstrom ṁ , vom Turbinenwirkungsgrad
η T und von der Differenz der Enthalpie des Dampfes zwischen Ein- und Austritt
Δ h ab: P T
= ṁ ⋅ η T
⋅ Δh . Durch eine Änderung der zugeführten Dampfmenge kann also
die von der Turbine abgegebene Leistung beeinflusst werden. 134
Die Turbine einer Gasturbinenanlage gleicht von der Funktionsweise einer Dampfturbine. Statt
Dampf dienen Verbrennungsgase, die sich hauptsächlich aus Kohlendioxid, Wasserdampf und
Stickstoff zusammensetzten, als Arbeitsmittel. Da Temperaturen von bis zu 1.500°C erreicht werden,
stellen sich auch andere Anforderungen an das verwendete Material. Die Turbinenschaufeln
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werden beispielsweise aus Einkristallen gefertigt und mit Luft gekühlt.
Der Aufbau von Wasserturbinen ist relativ einfach, da sie in der Regel nur eine Stufe, also nur jeweils
ein Leit- und Laufrad haben. Im Prinzip ist ihre Funktionsweise vergleichbar mit der von
Dampf- und Gasturbinen, allerdings ist das Arbeitsmittel Wasser inkompressibel und weist eine höhere
Dichte auf. Wasserturbinen haben eine vergleichsweise höhere Leistungsdichte, d.h. pro Kilogramm
Wasser kann mehr Leistung erzeugt werden, als mit der gleichen Masse der Arbeitsmittel
von Dampf- und Gasturbine. Die Wasserturbinen haben nur wenige Schaufeln und eine niedrige
Drehzahl im Bereich von 100 Umdrehungen pro Minute 137 . Die feststehenden Leitschaufeln sorgen
dafür, dass das Wasser optimal auf die Laufradschaufeln trifft und möglichst viel seiner kinetischen
Energie an diese abgeben kann. Die Leistung wird geregelt, indem die zugeführte Wassermenge
entweder gedrosselt oder erhöht wird. Je nach Fallhöhe kommen drei unterschiedliche Turbinentypen
zum Einsatz, die in Abbildung 19 dargestellt sind. Für Fallhöhen zwischen 300 und 2.000 Metern
wird die Peltonturbine verwendet, die als einzige tangential vom Wasser angeströmt wird und
vom Aussehen her am ehesten einem Schaufelrad nahe kommt. Die Francisturbine ist bei Fallhöhen
von 40 bis 700 Meter in Gebrauch. Bei niedrigen Fallhöhen wird die Kaplanturbine eingesetzt, deren
Laufrad einem Propeller
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ähnelt.
133 Zahoransky, 2010, S. 65
134 Strauß, 2009, S. 261
135 Heuck, 2010, S. 19
136 Strauß, 2009, S. 339
137 Zahoransky, 2010, S. 260
138 Heuck, 2010, S. 24f
139 Strauß, 2009, S. 447
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