Francis-Turbine
thumb|Francis-Turbine Die Francis-Turbine ist eine im Jahre 1849 in USA von dem Ingenieur James B. Francis verbesserte Wasserturbine.
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Entwicklung der Turbine
Das Funktionsprinzip der Francis-Turbine geht auf eine Konstruktion von Benoit Fourneyron aus dem Jahre 1824 zurück. Dieser ließ das Wasser innerhalb eines geschlossenen Systems zunächst durch die feststehenden, gekrümmten Schaufeln eines Leitwerks fließen, bevor es auf die Schaufeln des Laufrades trifft und diese in Bewegung setzt. Im Unterschied zu der Francis-Turbine war das Leitwerk bei Fourneyron im Inneren des Laufrades und das Wasser musste radial nach außen fließen. Diese erste von Fourneyron entwickelte Turbine hatte bereits einen Wirkungsgrad von etwa 80%.
Die Fourneyron-Turbine wurde mehrfach verbessert.
- 1837 durch den Deutschen Karl Anton Henschel,
- 1838 durch den Amerikaner Samuel B. Howd, der das Laufrad ins Innere des Leitwerks verlegte,
- sowie den Engländer James Thomson, der die verstellbaren Leitschaufeln und die gekrümmten Laufradschaufeln entwickelte.
Francis verbesserte dann diese Turbine und erzielte einen Wirkungsgrad von etwa 90 %. Seitdem trägt dieser Turbinentyp seinen Namen.
Wirkungsprinzip der Francis-Turbine
thumb|left|Leitwerk für minimale Leistung eingestellt thumb|Leitwerk für maximale Leistung eingestellt Bei der Francis-Turbine wird das Wasser durch ein feststehendes "Leitrad" mit verstellbaren Schaufeln auf die gegenläufig gekrümmten Schaufeln des Laufrads gelenkt. 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. Die Schaufeln des Leitrades können verstellt werden, um die Leistung der Turbine zu regulieren, also an den zur Verfügung stehenden Wasserdruck anzupassen. Durch ein Saugrohr an der Verlängerung der Turbinenachse wird das Wasser abgeleitet.
Einsatzbereich der Francis-Turbine
Die Francis-Turbine ist der am meisten verbreiteste Turbinentyp bei Wasserkraftwerken. Sie kommt zum Einsatz bei mittleren Fallhöhen des Wassers und mittleren Durchflussmengen.
Bei großer Fallhöhe und vergleichsweiser geringer Wassermenge kommt die
- Pelton-Turbine zum Einsatz
Bei geringer bis geringster Fallhöhe und großem Durchfluss werden
- Kaplan-Turbinen verwendet
Weitere Verwendungsmöglichkeiten
thumb|200px|Eine Francis-Turbine nach etwa 70 Jahren Betriebszeit auf einem Schrottplatz Die Francis-Turbine hat den Vorteil, dass sie auch als Pumpe eingesetzt werden kann. Dieser Umstand wird in Pumpspeicherkraftwerken genutzt, in welchen man eine Francis-Turbine und einen Generator zur so genannten Pumpturbine zusammengeschlossen hat, die sowohl pumpen als auch Strom erzeugen kann.