At generere hydraulisk energi, er det nødvendigt at drage fordel af bevægelsen af store mængder vand gennem et vandfald, som tillader en turbine at bevæge sig. En af de mest brugte turbiner til vandkraftproduktion er Kaplan turbine. Denne type møller bruges i små vandfald, op til et par tiere meter, hvor flowet er højt.
I denne artikel vil vi detaljere, hvad Kaplan-turbinen består af, dens vigtigste egenskaber, og hvordan den bruges i hydraulisk kraftproduktion.
Hvad er Kaplan-turbinen
La Kaplan turbine Det er en type hydraulisk jetturbine, designet til at fungere i miljøer med små hældninger, fra få meter til nogle få tiere. Det kræver også store flows, mellem 200 og 300 kubikmeter i sekundet, hvilket gør den til en meget effektiv turbine til produktion af hydraulisk energi, en vedvarende energikilde.
Det blev opfundet af den østrigske professor Viktor Kaplan i 1913, og dens innovative struktur gør den særligt velegnet til situationer, hvor vandstrømmen er variabel. En af de vigtigste egenskaber ved denne turbine er, at dens vinger kan orienteres efter strømningsretningen, hvilket optimerer dens ydeevne, selv når strømningshastigheden kun er 20-30 % af dens nominelle flow.
En yderligere egenskab ved mange Kaplan-turbiner er, at de er en del af elproduktionssystemer, der inkluderer faste statorer, som optimerer strømmen af vand, der føder turbinen, og dermed forbedrer elproduktionskapaciteten. Kaplan turbine effektivitet Det kan forblive forhøjet over en bred vifte af strømningshastigheder, hvilket gør det til et nøgleelement i mange vandkraftværker.
Driftsprincip
Driftsprincippet for Kaplan-turbinen er enkelt, men effektivt. Vandet når turbinen gennem en spiralformet kanal, som tillader turbinen at blive tilført i hele dens omkreds. Vandet passerer derefter gennem en fordeler, som giver strømmen en rotationsbevægelse, der er afgørende for driften af turbinen.
Når vandet kommer ind i turbinen, forårsager det pumpehjulets drejning, aflede vandstrømmen i en vinkel på 90° og derefter vende den aksialt. Denne handling gør det muligt for turbinen at drage fordel af vandets kinetiske energi til at øge dens effektivitet til at generere energi.
La Kaplan turbine Den har evnen til at genvinde en del af energien takket være en diffuser i sit udstødningssystem, noget der ikke er almindeligt i alle hydrauliske turbiner. Denne diffusor bidrager til at forbedre turbinens ydeevne i applikationer, hvor vandtrykket ikke er højt, såsom i små vandfald.
Hovedtræk og fordele
En af de væsentligste fordele ved Kaplan-turbinen er dens evne til at justere vingerne afhængigt af vandstrømmens retning. Dette gør det muligt for turbinen at opretholde høj effektivitet under en række strømnings- og trykforhold.
I modsætning til konventionelle turbiner, såsom propelturbiner, har Kaplan flowregulatorer, der kan justere både pumpehjulsbladene og vinklen på fordelerbladene. Dette gør den til en af de mest alsidige møller på markedet, der kan arbejde i brede flow og hovedområder, med en effektivitet på op til 90 %.
Kaplan-turbinens driftsområde omfatter maksimale løftehøjder på ca 80 meter høj og strømningshastigheder på op til 50 kubikmeter i sekundet. Selvom den deler nogle aspekter med Francis-turbinerne, er Kaplan særlig effektiv i forhold til høje flow og lave hoveder falde, hvor andre møller ville miste effektivitet.
Sådan fungerer møller i vandkraft
I et vandkraftværk er reguleringen af udgangsspændingen afgørende for at sikre en konstant elforsyning. Det betyder, at turbinehastigheden skal forblive konstant, selv når vandstrømningsforholdene varierer. Kaplan-turbiner er designet til at tilpasse sig disse ændringer og holde vandstrømmen konstant takket være avancerede styresystemer.
Vandkraftturbiner, uanset om det er Kaplan, Francis eller Pélton, har forskellige styresystemer for at sikre, at de forbliver stabile, når de står over for ændringer i vandtrykket. Især Kaplan-møller har typisk bypass dyser, som effektivt omdirigerer overskydende vand for at forhindre skader fra det, der er kendt som vandhammer, en pludselig stigning i tryk, der kan være meget skadelig for faciliteter.
Hydrauliske turbiner er klassificeret efter typen af vandfald og det flow, de håndterer:
- Store hop med små flows: Pelton-turbiner anvendes.
- Mellemstore spring med større flow: Francis-turbiner anvendes.
- Små hop med store flow: Kaplan og propelturbiner anvendes.
Mængden af vand, der passerer gennem turbinen, reguleres efter det aktuelle elektriske behov. Det resterende vand ledes gennem afløbskanaler for at undgå tab i systemet. I moderne vandkraftanlæg sikrer styresystemer optimal udnyttelse af det tilgængelige flow, hvilket hjælper med at opretholde en effektiv og bæredygtig energiproduktion.
Denne artikel dækker i detaljer betjeningen, fordelene og egenskaberne ved Kaplan-turbiner, en af de mest avancerede og effektive teknologier til brug af hydraulisk energi. På grund af deres høje ydeevne og alsidighed er de en af de mest brugte muligheder i den vandbaserede energiproduktionssektor.