Die Kaplan-Turbine ist eine Hydraulikturbine, die kleine Gefälle von bis zu einigen zehn Metern verwendet, jedoch einen massiven Wasserdurchfluss von 200/300 m³ / s aufweist. Kaplan-Turbinen werden weltweit in Wasserkraftwerken zur Stromerzeugung eingesetzt.
Konstruktiv ist diese Hydraulikturbine ein Propeller, bei dem die Schaufeln ausgerichtet werden können, da der Wasserfluss variiert. Diese Regelung ermöglicht es, dass die Leistung bis zu 20-30% der Nenndurchflussraten hoch bleibt.
Die Turbine ist normalerweise mit festen Statorabweisern ausgestattet, die die Strömung leiten. Der Turbinenwirkungsgrad kann für einen Bereich optimiert werden, der größer ist als die ideale Durchflussrate. Diese Regelung erfolgt mit einem Orientierungssystem der Statorabweiser, wenn der Durchfluss variiert.
Die Flüssigkeit erreicht die Kaplan-Turbine über eine spiralförmige Leitung, die den gesamten Umfang speist. Das Wasser fließt dann durch einen Verteiler, der der Flüssigkeit eine rotierende Drehung verleiht. Diese Drehung ist wesentlich, um dem Laufrad eine Bewegung zu verleihen, bei der eine um 90 ° ausgelenkte Strömung es axial umkehrt.
Im Gegensatz zur Francis-Turbine ist es dank des Diffusors im Abgas möglich, Energie zurückzugewinnen.
Diese Turbinen werden in Wasserkraftwerken mit niedrigen Förderhöhen und niedrigem Wasserdruck eingesetzt. Der gesamte Kopf der Site (von der Vorbucht bis zur Heckrasse) kann erfasst werden.
Die Kaplan-Turbine wurde 1913 von dem österreichischen Professor Viktor Kaplan erfunden. Die Erfindung stellte einen technologischen Schub für Wasserkraft und erneuerbare Energien dar. In den Anfangsjahren kämpfte Kaplan mit Kavitationsproblemen und gab seine Arbeit 1922 aus gesundheitlichen Gründen auf. Voith setzte seine Arbeit fort und entwickelte das Design weiter.
Was ist die Leistung einer Kaplan-Turbine?
Die Kaplan-Turbine ermöglicht Arbeiten mit Wirkungsgraden von bis zu 90%.
Ein Maschinenbausystem ermöglicht es, die Ausrichtung der Laufradschaufeln an den Stromfluss anzupassen. Dies liegt daran, dass jede Verteilereinstellung einer Richtung der Schaufeln entspricht. Die Schaufeln der Kaplan-Turbine sind entlang ihrer Länge verdreht.
Mit dieser Funktion können Sie mit sehr hohen Leistungen in einer Vielzahl von Flows arbeiten.
Diese Turbinentypen werden mit doppelter oder einfacher Regelung gebaut. Die doppelte Regelung ermöglicht eine bessere Nutzung niedriger Durchflussraten, macht sie jedoch teurer als ein Francis mit gleicher Leistung.
Merkmale der Kaplan-Turbine
Die Kaplan-Turbine ist eine Axialturbine; Dies bedeutet, dass das Fluid in axialer Richtung zur Rotationsachse des Laufrads eintritt und aus dieser austritt (aus der Turbine). Im Gegensatz zur Francis-Turbine dreht sie sich während der Transitphase im Laufrad nicht.
In Bezug auf geodätische Sprünge, mit denen die Kaplan-Turbine arbeitet, erhalten wir flache Werte (im Vergleich zur Francis-Turbine selbst): Der Maximalwert von Hg (nützlicher geodätischer Sprung) beträgt etwa 30 m.
Bei einer Propellerturbine ist die Regelung praktisch Null, sodass sie nur für einen bestimmten Bereich arbeiten kann, sodass der Verteiler nicht einmal einstellbar ist.
Diese Art von Hydraulikturbine kann mit einer horizontalen, geneigten oder vertikalen Achse hergestellt werden.
Der Einsatz von Kaplan-Zeitlupenturbinen erreicht maximale Förderhöhen von rund 80 m und fließt bis zu 50 m³ / s. Es übersteigt teilweise den Einsatzbereich schneller Francis-Turbinen, die Tropfen von weniger als 10 m erhalten und 300 m³ / s überschreiten können
Es ist üblich, sowohl Propeller- als auch Kaplan-Turbinen zu verwenden: Propellerturbinen laufen mit voller Kapazität, und überschüssige Flüssigkeit gelangt unabhängig von ihrer Größe zu Kaplan-Turbinen.
Was sind die Komponenten einer Kaplan-Turbine?
Die Hauptteile der Turbine sind:
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Scroll-Gehäuse: Es handelt sich um ein spiralförmiges Gehäuse mit abnehmender Querschnittsfläche.
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Leitschaufelmechanismus: Es ist der einzige steuernde Teil der gesamten Turbine. Wenn die Leistungsanforderungen steigen, öffnet es sich weiter, damit mehr Wasser auf die Schaufeln trifft.
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Saugrohr: Der Druck am Ausgang des Läufers der Reaktionsturbine ist im Allgemeinen geringer als der atmosphärische Druck.
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Laufschaufeln. Es ist die wichtigste Komponente. Es ist der rotierende Teil, dessen Welle mit der Welle des Generators verbunden ist.
Betrieb und Maschinenbau
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Das Wasser gelangt über einen Spiralverteiler in die Turbine.
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Anschließend auf einen Verteiler einwirken, der mit einstellbaren Schaufeln beschaufelt ist, die direkt an der zentralen Welle der Turbine angebracht sind.
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Die Bewegung, die die Flüssigkeit in diesem Abschnitt charakterisiert, ist zentripetal und weist eine starke tangentiale Komponente auf.
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Das Wasser fließt durch einen nicht beschaufelten Ringkanal, in dem der radiale Effekt der Flüssigkeitsbewegung beseitigt wird.
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Anschließend werden wir sehen, wie die Flüssigkeit die Laufradschaufeln beeinflusst und folglich ihre mechanische Energie auf das Laufrad selbst überträgt.
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Aufgrund der Reaktionskraft des Wassers dreht sich das Laufrad um seine Achse.
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Der Effekt der Tangentialkomponente wird aufgehoben, und die Strömung kann in dem Abschnitt mit einem divergierenden Abschnitt (Diffusor) in axialer Richtung frei abgeführt werden.