Генерувати гідравлічна енергія, необхідно скористатися перевагою руху великої кількості води через водоспад, що дозволяє рухатися турбіні. Однією з найбільш використовуваних турбін у виробництві гідроелектростанцій є Турбіна Каплана. Цей тип турбіни використовується на невеликих водоспадах, до кількох десятків метрів, де потік великий.
У цій статті ми детально розповімо, з чого складається турбіна Каплана, її основні характеристики та як вона використовується для виробництва гідравлічної енергії.
Що таке турбіна Каплана
La Турбіна Каплана Це тип гідравлічної реактивної турбіни, призначеної для роботи в середовищах з малими градієнтами, від кількох метрів до кількох десятків. Це також вимагає великих потоків між 200 і 300 кубометрів за секунду, що робить його дуже ефективною турбіною для виробництва гідравлічної енергії, відновлюваним джерелом енергії.
Його придумав австрійський професор Віктор Каплан у 1913 році, а його інноваційна структура робить його особливо придатним для ситуацій, коли потік води змінюється. Однією з ключових особливостей цієї турбіни є те, що її лопаті можна орієнтувати відповідно до напрямку потоку, оптимізуючи її продуктивність, навіть коли швидкість потоку становить лише 20-30% від її номінального потоку.
Додатковою особливістю багатьох турбін Каплана є те, що вони є частиною систем виробництва електроенергії, які включають фіксовані статори, які оптимізують потік води, що живить турбіну, таким чином покращуючи потужність виробництва електроенергії. ККД турбіни Каплана Він може залишатися підвищеним у широкому діапазоні витрат, що робить його ключовим елементом багатьох гідроелектростанцій.
Принцип дії
Принцип дії турбіни Каплана простий, але ефективний. Вода надходить до турбіни через спіралевидний канал, що дозволяє подавати турбіну по всьому її колу. Потім вода проходить через розподільник, який надає потоку обертальний рух, необхідний для роботи турбіни.
Коли вода потрапляє в турбіну, це викликає поворот крильчатки, відхиляючи потік води під кутом 90°, а потім повертаючи його аксіально. Ця дія дозволяє турбіні використовувати переваги кінетичної енергії води для підвищення її ефективності у виробництві енергії.
La Турбіна Каплана Він має здатність рекуперувати частину енергії завдяки дифузору у вихлопній системі, що не є поширеним у всіх гідравлічних турбінах. Цей дифузор сприяє покращенню продуктивності турбіни в умовах, де тиск води невисокий, наприклад, у невеликих водоспадах.
Основні особливості та переваги
Одним з найбільш істотних переваг турбіни Каплана є її можливість регулювати лопаті в залежності від напрямку потоку води. Це дозволяє турбіні підтримувати високу ефективність за різних умов потоку та тиску.
На відміну від звичайних турбін, таких як гвинтові турбіни, Kaplan має регулятори потоку, які можуть регулювати як лопаті робочого колеса, так і кут лопатей розподільника. Це робить її однією з найбільш універсальних турбін на ринку, в якій можна працювати широкий діапазон потоку і напору, з ККД до 90%.
Робочий діапазон турбіни Каплана включає максимальний напір о 80 метрів заввишки і витрати до 50 кубічних метрів за секунду. Хоча в деяких аспектах вона схожа з турбінами Френсіса, Каплан особливо ефективна в умовах високі витрати і низькі напори падіння, де інші турбіни втратять ефективність.
Як турбіни працюють у гідроенергетиці
На гідроелектростанції регулювання вихідної напруги має важливе значення для забезпечення постійного електропостачання. Це означає, що швидкість турбіни повинна залишатися постійною, навіть коли умови потоку води змінюються. Турбіни Kaplan розроблені таким чином, щоб адаптуватися до цих змін, підтримуючи постійний потік води завдяки вдосконаленим системам контролю.
Гідроелектричні турбіни, будь то Каплана, Френсіса чи Пельтона, мають різні системи керування, які гарантують, що вони залишаються стабільними при зміні тиску води. Зокрема, турбіни Каплана зазвичай мають перепускні форсунки, які ефективно перенаправляють надлишок води, щоб запобігти пошкодженню від так званого гідроудару, раптового підвищення тиску, яке може завдати великої шкоди об’єктам.
Гідравлічні турбіни класифікуються відповідно до типу водоспаду та потоку, який вони обробляють:
- Великі стрибки з малими потоками: Використовуються турбіни Пельтона.
- Середні стрибки з більшим потоком: Використовуються турбіни Френсіса.
- Маленькі стрибки з великими потоками: Використовуються капланові і пропелерні турбіни.
Кількість води, яка проходить через турбіну, регулюється відповідно до поточної потреби в електроенергії. Залишок води направляється через випускні канали, щоб уникнути будь-яких втрат у системі. У сучасних гідроелектростанціях системи керування забезпечують оптимальне використання наявного потоку, допомагаючи підтримувати ефективне та стале виробництво енергії.
У цій статті детально розглядається робота, переваги та характеристики турбін Каплана, однієї з найдосконаліших та найефективніших технологій використання гідравлічної енергії. Враховуючи їх високу продуктивність і універсальність, вони є одними з найбільш використовуваних варіантів у секторі виробництва електроенергії на основі води.