Generálni hidraulikus energia, ki kell használni a nagy mennyiségű víz vízesésen keresztüli mozgását, ami lehetővé teszi a turbina mozgását. A vízenergia-termelésben az egyik leggyakrabban használt turbina a Kaplan turbina. Ezt a típusú turbinát kis, akár néhány tíz méteres vízesésekben használják, ahol nagy az áramlás.
Ebben a cikkben részletezzük, miből áll a Kaplan turbina, főbb jellemzőit és hogyan használják fel a hidraulikus energiatermelésben.
Mi a Kaplan turbina
La Kaplan turbina Ez egyfajta hidraulikus sugárturbina, amelyet kis, néhány méterestől néhány tízes lejtésű környezetben való működésre terveztek. Nagy áramlást is igényel, között 200 és 300 köbméter másodpercenként, ami nagyon hatékony turbinává teszi hidraulikus energia előállításához, megújuló energiaforrás.
Az osztrák professzor találta ki Kaplan Viktor 1913-ban, és innovatív szerkezete különösen alkalmassá teszi olyan helyzetekre, ahol a vízhozam változó. Ennek a turbinának az egyik legfontosabb jellemzője, hogy lapátjai az áramlás irányának megfelelően orientálhatók, így optimalizálható a teljesítménye akkor is, ha az áramlási sebesség a névleges térfogatáramnak csak 20-30%-a.
Számos Kaplan turbina további jellemzője, hogy olyan energiatermelő rendszerek részét képezik, amelyek rögzített állórészeket tartalmaznak, amelyek optimalizálják a turbinát tápláló víz áramlását, így javítva a villamosenergia-termelési kapacitást. Kaplan turbina hatásfoka Az áramlási sebességek széles tartományában meg tud emelkedni, így számos vízi erőműben kulcsfontosságú elem.
Működési elve
A Kaplan turbina működési elve egyszerű, de hatékony. A víz egy spirál alakú csatornán keresztül jut el a turbinához, amely lehetővé teszi a turbina betáplálását a teljes kerületén. A víz ezután egy elosztón halad át, ami a turbina működéséhez elengedhetetlen forgó mozgást ad az áramlásnak.
Miután a víz belép a turbinába, az okozza a járókerék fordulat, a vízáramlást 90°-os szögben eltérítve, majd axiálisan megfordítva. Ez a művelet lehetővé teszi a turbina számára, hogy kihasználja a víz kinetikus energiáját, hogy növelje energiatermelési hatékonyságát.
La Kaplan turbina A kipufogórendszerében található diffúzornak köszönhetően képes visszanyerni az energia egy részét, ami nem minden hidraulikus turbinánál jellemző. Ez a diffúzor hozzájárul a turbina teljesítményének javításához olyan alkalmazásokban, ahol a víznyomás nem magas, például kis vízesésekben.
Főbb jellemzők és előnyök
A Kaplan turbina egyik legjelentősebb előnye, hogy a lapátokat a víz áramlási irányától függően tudja állítani. Ez lehetővé teszi a turbina magas hatásfokának fenntartását különféle áramlási és nyomási körülmények között.
Ellentétben a hagyományos turbinákkal, például a légcsavar turbinákkal, a Kaplan áramlásszabályozókkal rendelkezik, amelyek mind a járókerék lapátjait, mind az elosztólapátok szögét beállíthatják. Emiatt az egyik legsokoldalúbb turbina a piacon, melyben is használható széles áramlási és fejtartományok, akár 90%-os hatásfokkal.
A Kaplan turbina működési tartománya kb 80 méter magas és áramlási sebessége legfeljebb 50 köbméter másodpercenként. Annak ellenére, hogy bizonyos szempontok megegyeznek a Francis turbinákkal, a Kaplan különösen hatékony ilyen körülmények között nagy áramlási sebesség és alacsony nyomás leesés, ahol más turbinák veszítenének hatékonyságából.
Hogyan működnek a turbinák a vízerőművekben
Egy vízi erőműben a kimenő feszültség szabályozása elengedhetetlen az állandó áramellátás biztosításához. Ez azt jelenti, hogy a turbina fordulatszámának állandónak kell maradnia, még akkor is, ha a víz áramlási feltételei változnak. A Kaplan turbinákat úgy tervezték, hogy alkalmazkodjanak ezekhez a változásokhoz, és a fejlett vezérlőrendszereknek köszönhetően állandóan tartsák a vízáramlást.
A hidroelektromos turbinák, legyen az Kaplan, Francis vagy Pélton, különféle vezérlőrendszerekkel rendelkeznek, amelyek biztosítják, hogy stabilak maradjanak, amikor a víznyomás változásaival szembesülnek. Különösen a Kaplan turbinák jellemzően bypass fúvókák, amelyek hatékonyan irányítják át a felesleges vizet, hogy megakadályozzák a vízkalapácsnak nevezett károsodást, a hirtelen nyomásnövekedést, amely nagyon káros lehet a létesítményekben.
A hidraulikus turbinákat a vízesés típusa és az általuk kezelt áramlás szerint osztályozzák:
- Nagy ugrások kis áramlásokkal: Pelton turbinákat használnak.
- Közepes ugrások nagyobb áramlással: Francis turbinákat használnak.
- Kis ugrások nagy áramlással: Kaplan és propeller turbinákat használnak.
A turbinán áthaladó víz mennyiségét az aktuális elektromos igény szerint szabályozzák. A maradék vizet a kivezető csatornákon keresztül vezetik, hogy elkerüljék a rendszer veszteségét. A modern vízerőművekben a vezérlőrendszerek biztosítják a rendelkezésre álló áramlás optimális kihasználását, segítve a hatékony és fenntartható energiatermelés fenntartását.
Ez a cikk részletesen bemutatja a Kaplan turbinák működését, előnyeit és jellemzőit, amelyek az egyik legfejlettebb és leghatékonyabb hidraulikus energiafelhasználási technológia. Nagy teljesítményüknek és sokoldalúságuknak köszönhetően az egyik leggyakrabban használt lehetőség a vízalapú energiatermelési szektorban.