Am 7. August 1913 wurde das Patent mit der Nummer 74244 beim damaligen kaiserlichen-königlichen Patentamt eingetragen, das den Grundstein der weltweit eingesetzten Turbine des Ingenieurs Viktor Kaplan, geboren in Mürzzuschlag, legt.

Die Regelbarkeit des Laufrades ist Kaplans Verdienst

Die Kaplan-Turbine ist eine axial angeströmte Wasserturbine mit verstellbaren Laufschaufeln. Der Einbau erfolgt meistens vertikal, so dass das Wasser die Kaplan-Turbine von oben nach unten durchströmt. Meistens wird oberhalb der Kaplan-Turbine der Drehstromgenerator angebracht, um die durch das Laufrad erzeugte kinetische Energie über eine Vertikalwelle ohne Umlenkverluste zum Generatorrotor übertragen zu können. Die zu erzielbaren Wirkungsgrade bewegen sich im Bereich von 80−95 %. Die Kaplan-Turbine zeichnet sich durch die verstellbaren Leit- und Laufradschaufeln aus, da dies eine Regulierung der Turbine auf die jeweilige Wassermenge und Fallhöhe ermöglicht und höhere Wirkungsgrade erzielt. Die Kaplan-Turbine ist für den Einsatz bei niedrigen bis niedrigsten Fallhöhen sowie großen sowie schwankenden Durchflussmengen prädestiniert, d.h. das Einsatzgebiet der Kaplan-Turbine sind vorallem Wasserkraftwerke an Fließgewässern mit großen Durchflussmengen.

Kaplan – Entdecker der Kavitation bei Wasserturbinen

Die Entdeckung der Kavitation erfolgte bei Schiffsschrauben etwa um das Jahr 1890, als der Antrieb von Dampfmotoren auf Dampfturbinen umgestellt wurde. Erst nachdem schon mehrere große Kaplan-Turbinen in Betrieb genommen worden sind, eurde ein sehr eindringliches Betriebsgeräusch der Turbine festgestellt und gleichzeitig blieb der erwartete Wirkungsgrad aus. Um das Jahr 1921 entdeckte Viktor Kaplan gemeinsam mit dem Assistenten Slavik die Kavitation bei Wasserturbinen. Erst durch konstruktive Massnahmen an der Turbine wurde das Problem der Kavitation beherrschbar und die Erfolgsgeschicht der Kaplan-Turbine und den jeweiligen Weiterentwicklungen nahm seinen Anfang.

Optimierungspotential für Kaplan-Turbinen

Durch jahrzehntelange Beobachtungen im Praxiseinsatz, Forschung und moderne Messtechnik (Z.B. Thermodynamische Wirkungsgradmessung, Akustische Durchflussmessung,...) wie auch Entwicklungswerkzeuge (z.B. CFD / numerische Simulation,...) hat sich der Wirkungsgrad der Kaplan-Turbine je nach Rahmenbedingungen des Kraftwerks im historischen Verlauf signifikant erhöht. So werden bei Refurbish-Projekten je nach Anlagenalter sensationelle Mehrleistungen aufgrund von hydraulischen und maschinellen Optimierungen erzielt. Verbesserungspotentiale liegen vermehrt im Bereich Saugrohr sowie Übergang Laufrad zum Saugrohr.