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Hydraulische StrömungsmaschinenInstitut für Hydraulische Strömungsmaschinen -261-

7.2 Francis-Turbine

Arbeitet im ns-Bereich anschließend an die Pelton-Turbine

Fallhöhen der Francis-Turbine sind i.a. kleiner als die der Pelton-Turbine

Baugruppen:

• Spiralgehäuse mit Stützschaufeln

• Oberer und unterer Turbinendeckel

• Leitapparat

• Laufzeug

• Saugrohr

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Hydraulische StrömungsmaschinenInstitut für Hydraulische Strömungsmaschinen -262-

Quelle: M

CE

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Hydraulische StrömungsmaschinenInstitut für Hydraulische Strömungsmaschinen -263-

Quelle: M

CE

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Hydraulische StrömungsmaschinenInstitut für Hydraulische Strömungsmaschinen -264-

Laufrad Francis-Turbine:

Leistung: 129,6 MW

Fallhöhe: 106,8 m

Drehzahl: 187,5 U/min

Laufraddurchm.: 3400 mm

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Hydraulische StrömungsmaschinenInstitut für Hydraulische Strömungsmaschinen -265-

Laufrad Francis-Turbine:

Leistung: 710 MW

Fallhöhe: 80,6 m

Drehzahl: 75 U/min

nq 83,6

Laufraddurchm.: 9800 mm

Francis-Laufrad für das 3-Schluchten Kraftwerk in China

Pnenn = 710 MW

Pmax = 852 MW

Quelle: Voith, Alstom

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Hydraulische StrömungsmaschinenInstitut für Hydraulische Strömungsmaschinen -266-

Die leistungsfähigsten Wasserkraftwerke der Welt nutzen Francis-Turbinen

3‐Gorges Grand Coulee Itaipu Guri KrasnoyarskChina USA Brazil Venezuela Russia

Maximum Head(m)  113 108.2 126.7 146 100.5Rated Head(m)  80.6 86.9 112.9 130 93Minimum Head(m)  71 67 82.9 111 76Discharge Vol. (m³/s) 900 719 647 479 558Rated Output (MW)  710 612 715 610 508Maximum Output(MW)  852 827 808 730 508Speed(U/min)  75 85.7 90.9 112.5 93.8Specific speed (U/min) 83.63 80.76 66.75 63.97 73.98Runner Diameter(m)  9.8 9.86 8.45 7.163 7.5

Grand Coulee Quelle: Voith

3-Gorges Quelle: VoithItaipu Quelle: Voith Guri Quelle: Andritz Hydro

Krasnoyarsk Quelle: Voith

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Hydraulische StrömungsmaschinenInstitut für Hydraulische Strömungsmaschinen -267-

Kraftwerk Richard B. Russel, USA

Verschweißen von Spiralenschuß und Stützschaufelring

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Hydraulische StrömungsmaschinenInstitut für Hydraulische Strömungsmaschinen -268-

Zusammenschweißen von Laufradboden, Laufradkranz, Schaufeln

Laufrad Richard B. Russel:

Leistung: 77,6 MW

Fallhöhe: 43,9 m

Drehzahl: 120 U/min

nq 94,4

Laufraddurchm.: 4800 mm

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Hydraulische StrömungsmaschinenInstitut für Hydraulische Strömungsmaschinen -269-

Kraftw

erk Wassen, S

chweiz

Hauptschnitt Francis-Turbine (32,9 M

W)

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Hydraulische StrömungsmaschinenInstitut für Hydraulische Strömungsmaschinen -270-

Spiralgehäuse Francis-Turbine

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Hydraulische StrömungsmaschinenInstitut für Hydraulische Strömungsmaschinen -271-

Kraftwerk Wassen, Schweiz – Transport des Spiralgehäuses

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Hydraulische StrömungsmaschinenInstitut für Hydraulische Strömungsmaschinen -272-

Spiralgehäuse und Stützschaufeln

• Führen (gemeinsam mir dem Leitrad) das Wasser dem Laufrad zu

• Erzeugen (gemeinsam mit dem Leitrad) den erforderlichen Drall

• Strömung zum Laufrad muss rotationssymmetrisch und verlustarm sein

• Stützschaufeln: keine hydraulische Notwendigkeit, sondern aus Festigkeitsgründen notwendiges Übel

• Hydraulische Auslegung, siehe Kapitel 2

• Größtes Bauteil der Turbine