Saugrohroptimierung zur Leistungssteigerung einer kleinen S-Turbine

Das Saugrohr einer hydraulischen Turbine erfüllt zwei grundlegende Funktionen. Zunächst stellt es das Verbindungselement zwischen der Turbine und dem Unterwasser des Kraftwerks dar. In Abhängigkeit der verbauten Maschine sind mit dieser Verbindung häufig eine oder mehrere baulich bedingte Umlenkungen der Strömung verbunden. Im Fall von horizontalachsigen Kaplan- oder Propellerturbinen muss die Strömung meist unter dem stromab aufgestellten Generator in das Unterwasser geleitet werden. Hierzu lenkt ein erster Saugrohrkrümmer die Strömung diagonal nach unten, während ein zweiter Krümmer auf Höhe der Sohle wieder einen horizontalen Zulauf in das Unterwasser garantiert. Diese doppelt gekrümmten Saugrohre verleihen den zugehörigen Anlagen den charakteristischen Namen S-Turbine oder S-Saugrohr [1]. In seiner zweiten Funktion wandelt das Saugrohr einen Teil der am Laufradaustritt vorherrschenden kinetischen Energie in Druckenergie um. Eine Umwandlung dieser Art korreliert direkt mit einer Verlangsamung der Strömung und somit mit der durchströmten Querschnittsfläche, weshalb ein Saugrohr – zumindest in Teilen – einem Diffusor gleicht. Die Diffusorwirkung des Saugrohrs führt rückwirkend zu einer Absenkung des statischen Drucks in der Laufradaustrittsebene. Da das Druckniveau stromauf des Laufrads vom Oberwasser bestimmt wird, erhöht sich dank des Saugrohrs die über dem Laufrad anliegende Druckdifferenz und letztlich die Leistungsabgabe der Turbine. Eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit hat zusätzlich den positiven Effekt, dass die quadratisch mit der Geschwindigkeit korrelierenden Austrittsverluste reduziert werden können [2].