Francis-Turbine
Die Francis-Turbine ist eine im Jahre 1849 in USA von dem Ingenieur James B. Francis verbesserte Wasserturbine.
Wirkungsprinzip der Francis-Turbine
Bei der Francis-Turbine wird das Wasser durch ein feststehendes "Leitrad" mit verstellbaren Schaufeln auf die gegenläufig gekrümmten Schaufeln des Laufrads gelenkt. Mit Hilfe dieser Leitschaufeln wird die Drehzahl und damit die Leistung der Turbine bei Lastwechseln des angeschlossenen Generators und bei wechselnden Wasserständen konstant gehalten. Der zugehörige Regler tastet die Drehzahl der Turbine auf der Welle als Regelgröße ab und wandelt das Ergebnis auf servohydraulischem Wege in eine Stellgröße, die die Leitschaufeln entsprechend der Drehzahlabweichung öffnet oder schließt. Der konstruktive Aufwand für die Regelung der Turbine ist erheblich und macht einen spürbaren Anteil der Kosten für die Investition einer Francis-Turbine aus.
Am Laufradeintritt ist der Druck höher als am Laufradaustritt. Die Francis-Turbine ist daher eine Überdruckturbine.
Das Wasser gelangt durch ein schneckenförmiges Rohr, die Spirale, in die Turbine. Durch ein als Diffusor wirkendes Saugrohr an der Verlängerung der Turbinenachse wird das Wasser abgeleitet.
Einsatzbereich der Francis-Turbine
Die Francis-Turbine ist der am meisten verbreitete Turbinentyp bei Wasserkraftwerken. Sie kommt zum Einsatz bei mittleren Fallhöhen des Wassers und mittleren Durchflussmengen. Sie wird daher in Laufwasserkraftwerken und Speicherkraftwerken eingesetzt. Ihr Leistungsspektrum erstreckt sich von 10 kW bis hin zu 1.000 MW.
Sonderbauformen
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