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31/10/2015
1
Hydraulic Turbines
Applications
Criteria
• Flow rate
• Operating range
• Head
• Operating range
• Efficiency
• Cost
Types
• Pelton
• Turgo
• Francis
• Kaplan
• Crossflow
• Archimedes screw
31/10/2015
2
Operating Envelopes
Pelton
• Low flow
• High head
• Efficient over wide flow range
• Control by nozzle number/flow
• Widely utilised in large hydro installations
• Not generally associated with small scale hydro due to head 
requirements
Pelton
31/10/2015
3
Turgo
• Wider flow range than Pelton
• Lower head than Pelton
• Efficient over wide flow range
• Control by nozzle number/flow
• Not generally associated with small scale hydro due to head 
requirements
Turgo
Francis
• Flow and head range intermediate between Pelton and Kaplan
• Used in large installations
• Control by inlet guide vanes
• Notably poorer performance at lower flow rates
31/10/2015
4
Francis
Kaplan
• Widest range of flow of all types
• Medium-low head range
• Control by inlet guide vanes and blade pitch adjustment
• Used on wide range of installations including run-of-river
• Efficiency very dependent on control methods
Kaplan
31/10/2015
5
Cross-Flow
• Lower flow and head range
• Widely used in run-of-river schemes
• Maximum efficiency not as high as some other designs, but good 
efficiency over wide range of flow is possible
Cross-Flow
Archimedes Screw
• Lower flow and head range than other designs
• Relatively new to hydro power applications
• Reasonable efficiency, though variable speed is recommended to 
handle variations in flow
31/10/2015
6
Archimedes Screw
Efficiency Comparison
• Ensure comparison is valid:
• Flow rate
• % Flow
• Turbine efficiency
• Transmission efficiency
• Generator efficiency
• Transformer/inverter efficiency
Efficiency Curves
31/10/2015
7
Kaplan Efficiency
Kaplan Efficiency
Cross-Flow Efficiency
31/10/2015
8
Cross-Flow Efficiency
Archimedes Screw

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