Die Francisturbine gehört zu den Überdruckturbinen, bei denen die Umsetzung der Druckenergie des Wassers in Bewegungsenergie im Leitapparat und im Laufrad geschieht. Das Wasser wird über ein spiralförmiges Gehäuse dem Leitapparat zugeführt. Das strömende Wasser wird im Leitapparat durch die einstellbaren Leitschaufeln beschleunigt und auf die Laufschaufeln gelenkt. Durch die Umlenkung und weitere Beschleunigung des Wassers im Laufrad entsteht ein Impuls, der auf das Laufrad übertragen wird.
HM 150.20 ist das Modell einer Francisturbine, mit der die Funktion einer Überdruckturbine demonstriert wird.
Das Versuchsgerät besteht aus dem Laufrad, dem Leitapparat mit verstellbaren Leitschaufeln, einer Bandbremse zur Belastung der Turbine und einem Gehäuse mit transparenter Frontwand. Hierdurch können die Wasserströmung, das Laufrad und die Leitschaufeln im Betrieb beobachtet werden. Über die Verstellung der Leitschaufeln wird der Anströmwinkel und damit die Leistung des Laufrads verändert.
Das Drehmoment der Turbine wird über eine Kraftmessung an einer Bandbremse ermittelt. Zur Messung der Drehzahl wird ein berührungsloser Drehzahlmesser, z.B. HM 082, benötigt. Ein Manometer zeigt den Wasserdruck am Eintritt in die Turbine an.
Das Versuchsgerät wird einfach und sicher auf der Arbeitsfläche des Basismoduls HM 150 positioniert. Die Wasserversorgung und Durchflussmessung erfolgen über HM 150. Alternativ kann das Versuchsgerät auch über das Labornetz betrieben werden.
Um das Strömungsverhalten virtuell zu analysieren, werden in der Praxis häufig CFD-Simulationen verwendet. Diese erlauben z.B. Strömungsvisualisierungen in Bereichen, die experimentell nicht sichtbar gemacht werden können. Im GUNT Media Center stehen online Strömungsvisualisierungen basierend auf CFD-Berechnungen zur Verfügung. Als weiteres Multimedia-Lehrmaterial vermitteln E-Learning Kurse Grundlagenwissen und Berechnungen. Videos zeigen einen kompletten Versuch mit Vorbereitung, Durchführung und Auswertung. Arbeitsblätter mit Lösungen ergänzen das Lehrmaterial.
