Konstruktion und Simulation einer breitenverstellbaren Francisturbine

Turbulent. Zum Beispiel eine Francisturbine. Die Francisturbine ist eine Wasserturbine, die im 19. Jahrhundert von dem amerikanischen Ingenieur James B. Francis verbessert wurde. Und nun wurde sie im 21. Jahrhundert noch einmal verbessert, von vier Schülern der HTBLuVA Salzburg. Bernhard Ebner, Dominik Gappmaier, Maximilian Palir und Herbert Rippl beschäftigten sich im Rahmen des Unterrichts mit Strömungsmaschinen und eben auch mit Francisturbinen. Bei diesen wird das Wasser normalerweise durch einen sogenannten Leitapparat geführt, bevor es auf die Deckscheiben der Turbine trifft. Der Leitapparat gibt dem Wasser die richtige Strömungsrichtung und den entsprechenden Druck vor, den die Turbine für ihre Wirksamkeit braucht. Dadurch ist die Francisturbine aber leider nicht für Anwendungen mit stark schwankendem Volumenstrom geeignet. Fließt also zeitweise weniger Wasser durch das Gerät, kann nicht genügend Druck für den Antrieb erzeugt werden.

Wie kann nun aber das Wasser unter Druck gesetzt, beziehungsweise wie könnte die Turbine auch bei geringem Durchflussvolumen genützt werden? Die Antwort der Schüler auf diese Frage war die Konstruktion und Simulation einer verstellbaren Francisturbine. Die Deckscheibe von Francis 2.0 ist im Betrieb höhenverstellbar: Je nach Wasser- und Volumenstrom ist es möglich, sie mal zu vergrößern, mal zu verkleinern. Und apropos Vergrößern und Verkleinern: Dank dieser Lösung können einerseits die Einsatzbereiche von Francisturbinen erweitert und andererseits hohe Kosten eingespart werden, da der Leitapparat – ein teures und aufwendiges Bauteil – in Zukunft nicht mehr notwendig ist.

Die Zusammenarbeit im Projektteam funktionierte so gut wie problemlos. Nicht nur aufgrund der Wasserthematik lief alles ganz flüssig, sondern auch, weil sich jedes Teammitglied mit Ideen einbringen konnte und fachlich kompetent gearbeitet wurde. Klar, wer sich mit Turbinen beschäftigt, hat auf jeden Fall den Dreh raus.