За генериране хидравлична енергия, е необходимо да се възползвате от движението на големи количества вода през водопад, което позволява на турбина да се движи. Една от най-използваните турбини във водноелектрическото производство е Капланова турбина. Този тип турбина се използва при малки водопади, до няколко десетки метра, където потокът е голям.
В тази статия ще опишем подробно от какво се състои турбината на Kaplan, нейните основни характеристики и как се използва в производството на хидравлична енергия.
Какво представлява турбината на Каплан
La Капланова турбина Това е вид хидравлична реактивна турбина, предназначена да работи в среда с малки градиенти, от няколко метра до няколко десетки. Освен това изисква големи потоци между 200 и 300 кубически метра в секунда, което я прави много ефективна турбина за генериране на хидравлична енергия, възобновяем източник на енергия.
Изобретен е от австрийския професор Виктор Каплан през 1913 г, а иновативната му структура го прави особено подходящ за ситуации, в които водният поток е променлив. Една от ключовите характеристики на тази турбина е, че нейните лопатки могат да бъдат ориентирани според посоката на потока, оптимизирайки нейната производителност, дори когато дебитът е само 20-30% от нейния номинален поток.
Допълнителна характеристика на много турбини на Kaplan е, че те са част от системи за производство на електроенергия, които включват фиксирани статори, които оптимизират потока на водата, захранваща турбината, като по този начин подобряват капацитета за производство на електроенергия. Ефективност на турбината на Каплан Той може да остане повишен в широк диапазон от скорости на потока, което го прави ключов елемент в много водноелектрически централи.
Принцип на работа
Принципът на работа на турбината на Каплан е прост, но ефективен. Водата достига до турбината през спираловиден канал, който позволява захранването на турбината по цялата й обиколка. След това водата преминава през разпределител, който придава на потока въртеливо движение, което е от съществено значение за работата на турбината.
След като водата навлезе в турбината, тя причинява завъртане на работното колело, като отклонява водния поток под ъгъл от 90° и след това го обръща аксиално. Това действие позволява на турбината да се възползва от кинетичната енергия на водата, за да увеличи своята ефективност при генериране на енергия.
La Капланова турбина Той има способността да възстановява част от енергията благодарение на дифузьор в изпускателната си система, нещо, което не е обичайно за всички хидравлични турбини. Този дифузор допринася за подобряване на работата на турбината в приложения, където водното налягане не е високо, като например при малки водопади.
Основни характеристики и предимства
Едно от най-значимите предимства на турбината на Каплан е способността й да регулира лопатките в зависимост от посоката на водния поток. Това позволява на турбината да поддържа висока ефективност при различни условия на дебит и налягане.
За разлика от конвенционалните турбини, като витлови турбини, Kaplan има регулатори на потока, които могат да регулират както лопатките на работното колело, така и ъгъла на лопатките на разпределителя. Това я прави една от най-универсалните турбини на пазара, в която може да работи широк диапазон на потока и напора, с ефективност до 90%.
Работният диапазон на турбината на Каплан включва максимални напори от около 80 метра височина и дебит до 50 кубически метра в секунда. Въпреки че споделя някои аспекти с турбините на Франсис, Kaplan е особено ефективна в условия на високи дебити и ниски напори спад, където други турбини биха загубили ефективност.
Как работят турбините в хидроенергията
Във водноелектрическата централа регулирането на изходното напрежение е от съществено значение за гарантиране на постоянно електроснабдяване. Това означава, че скоростта на турбината трябва да остане постоянна дори когато условията на водния поток варират. Турбините на Kaplan са проектирани да се адаптират към тези промени, поддържайки водния поток постоянен благодарение на усъвършенствани системи за управление.
Хидроелектрическите турбини, независимо дали са Kaplan, Francis или Pélton, имат различни системи за управление, за да гарантират, че остават стабилни, когато са изправени пред промени във водното налягане. По-специално турбините на Kaplan обикновено имат байпасни дюзи, които ефективно пренасочват излишната вода, за да предотвратят щети от това, което е известно като воден удар, внезапно повишаване на налягането, което може да бъде много вредно за съоръженията.
Хидравличните турбини се класифицират според вида на водопада и потока, който обработват:
- Големи скокове с малки потоци: Използват се пелтонови турбини.
- Средни скокове с по-голям поток: Използват се турбини на Франсис.
- Малки скокове с големи потоци: Използват се капланови и витлови турбини.
Количеството вода, което преминава през турбината, се регулира според текущото потребление на електроенергия. Останалата вода се насочва през изпускателни канали, за да се избегнат загуби в системата. В съвременните водноелектрически съоръжения системите за управление осигуряват оптимално използване на наличния поток, като помагат за поддържане на ефективно и устойчиво производство на енергия.
Тази статия обхваща подробно работата, предимствата и характеристиките на турбините Kaplan, една от най-модерните и ефективни технологии за използване на хидравлична енергия. Като се има предвид тяхната висока производителност и гъвкавост, те са една от най-използваните опции в сектора за производство на енергия на водна основа.