Att generera hydraulisk energi, är det nödvändigt att dra fördel av rörelsen av stora mängder vatten genom ett vattenfall, vilket gör att en turbin kan röra sig. En av de mest använda turbinerna inom vattenkraftsproduktion är Kaplan turbin. Denna typ av turbin används i små vattenfall, upp till några tiotals meter, där flödet är högt.
I den här artikeln kommer vi att beskriva vad Kaplanturbinen består av, dess huvudsakliga egenskaper och hur den används i hydraulisk kraftgenerering.
Vad är Kaplan-turbinen
La Kaplan turbin Det är en typ av hydraulisk jetturbin, designad för att fungera i miljöer med små lutningar, från några meter till några tior. Det kräver också stora flöden, mellan 200 och 300 kubikmeter per sekund, vilket gör den till en mycket effektiv turbin för generering av hydraulisk energi, en förnybar energikälla.
Den uppfanns av den österrikiske professorn Viktor Kaplan 1913, och dess innovativa struktur gör den särskilt lämplig för situationer där vattenflödet är variabelt. En av de viktigaste egenskaperna hos denna turbin är att dess blad kan orienteras efter flödesriktningen, vilket optimerar dess prestanda även när flödeshastigheten bara är 20-30 % av dess nominella flöde.
En ytterligare egenskap hos många Kaplanturbiner är att de ingår i kraftgenereringssystem som inkluderar fasta statorer, som optimerar flödet av vatten som matar turbinen och därmed förbättrar elproduktionskapaciteten. Kaplanturbinens effektivitet Det kan förbli högt över ett brett spektrum av flödeshastigheter, vilket gör det till ett nyckelelement i många vattenkraftverk.
Funktionsprincip
Funktionsprincipen för Kaplanturbinen är enkel men effektiv. Vattnet når turbinen genom en spiralformad kanal, som gör att turbinen kan matas över hela dess omkrets. Vattnet passerar sedan genom en fördelare, vilket ger flödet en rotationsrörelse som är nödvändig för turbinens drift.
När vattnet väl kommer in i turbinen orsakar det pumphjulsväng, avleda vattenflödet i en vinkel på 90° och sedan vända det axiellt. Denna åtgärd gör det möjligt för turbinen att dra fördel av vattnets kinetiska energi för att öka dess effektivitet vid generering av energi.
La Kaplan turbin Den har förmågan att återvinna en del av energin tack vare en diffusor i sitt avgassystem, något som inte är vanligt i alla hydrauliska turbiner. Denna diffusor bidrar till att förbättra turbinens prestanda i applikationer där vattentrycket inte är högt, som i små vattenfall.
Huvuddrag och fördelar
En av de viktigaste fördelarna med Kaplanturbinen är dess förmåga att justera bladen beroende på vattenflödets riktning. Detta gör att turbinen kan bibehålla hög effektivitet under en mängd olika flödes- och tryckförhållanden.
Till skillnad från konventionella turbiner, som propellerturbiner, har Kaplan flödesregulatorer som kan justera både pumphjulsbladen och fördelarbladens vinkel. Detta gör den till en av de mest mångsidiga turbinerna på marknaden, som kan arbeta i breda flödes- och höjdområden, med en effektivitet på upp till 90 %.
Kaplanturbinens driftområde inkluderar maximala fallhöjder på ca 80 meter höga och flödeshastigheter på upp till 50 XNUMX kubikmeter per sekund. Även om den delar vissa aspekter med Francis-turbinerna, är Kaplan särskilt effektiv i förhållande till höga flöden och låga huvuden sjunka, där andra turbiner skulle förlora effektivitet.
Hur turbiner fungerar i vattenkraft
I ett vattenkraftverk är regleringen av utspänningen väsentlig för att garantera en konstant elförsörjning. Detta innebär att turbinhastigheten måste förbli konstant även när vattenflödesförhållandena varierar. Kaplanturbiner är designade för att anpassa sig till dessa förändringar och hålla vattenflödet konstant tack vare avancerade styrsystem.
Vattenkraftsturbiner, oavsett om de är Kaplan, Francis eller Pélton, har olika styrsystem för att säkerställa att de förblir stabila när de står inför förändringar i vattentrycket. I synnerhet har Kaplanturbiner vanligtvis bypass-munstycken, som effektivt omdirigerar överskottsvatten för att förhindra skador från vad som kallas vattenhammare, en plötslig tryckökning som kan vara mycket skadlig för anläggningar.
Hydrauliska turbiner klassificeras efter typen av vattenfall och flödet de hanterar:
- Stora hopp med små flöden: Peltonturbiner används.
- Medelstora hopp med större flöde: Francis-turbiner används.
- Små hopp med stora flöden: Kaplan och propellerturbiner används.
Mängden vatten som passerar genom turbinen regleras efter det aktuella elbehovet. Det återstående vattnet leds genom utloppskanaler för att undvika förluster i systemet. I moderna vattenkraftanläggningar säkerställer styrsystem optimal användning av det tillgängliga flödet, vilket hjälper till att upprätthålla en effektiv och hållbar energiproduktion.
Denna artikel täcker i detalj driften, fördelarna och egenskaperna hos Kaplanturbiner, en av de mest avancerade och effektiva teknikerna för användning av hydraulisk energi. Med tanke på deras höga prestanda och mångsidighet är de ett av de mest använda alternativen inom den vattenbaserade energiproduktionssektorn.