stringtranslate.com

турбина Каплана

Турбина Каплана плотины Бонневиль после 61 года службы.

Турбина Каплана представляет собой водяную турбину пропеллерного типа с регулируемыми лопатками. Он был разработан в 1913 году австрийским профессором Виктором Капланом , [1] который объединил автоматически регулируемые лопасти гребного винта с автоматически регулируемыми калитками для достижения эффективности в широком диапазоне расхода и уровня воды .

Турбина Каплана была развитием турбины Фрэнсиса . Его изобретение позволило эффективно производить электроэнергию в приложениях с низким напором , что было невозможно с турбинами Фрэнсиса. Напор составляет от 10 до 70 метров (от 33 до 230 футов), а мощность - от 5 до 200 МВт. Диаметр бегунков составляет от 2 до 11 метров (от 6 футов 7 дюймов до 36 футов 1 дюйм). Турбины вращаются с постоянной скоростью, которая варьируется от объекта к объекту. Эта скорость колеблется от 54,5 об/мин ( плотина водопада Албени ) до 450 об/мин. [2]

Турбины Каплана в настоящее время широко используются во всем мире для производства электроэнергии с высоким расходом и низким напором.

На этом бегунке Каплана видны шарниры у основания лопасти; они позволяют изменять угол лопастей во время бега. Ступица содержит гидроцилиндры для регулировки угла.

Разработка

Виктор Каплан, живущий в Брюнне, Австро-Венгрия (ныне Брно , Чехия), получил свой первый патент на гребную турбину с регулируемыми лопастями в 1912 году. Но разработка коммерчески успешной машины заняла еще десять лет. Каплан боролся с проблемами кавитации и в 1922 году отказался от своих исследований по состоянию здоровья.

В 1919 году Каплан установил демонстрационную установку в Подебрадах (ныне Чехия). В 1922 году компания Voith представила турбину Каплана мощностью 1100 л.с. (около 800 кВт) для использования в основном на реках. В 1924 году в Лилла Эдет , Швеция, был запущен энергоблок мощностью 8 МВт . Это положило начало коммерческому успеху и широкому распространению турбин Каплана.

Теория Операции

Вертикальная турбина Каплана (с разрешения Voith-Siemens).

Турбина Каплана представляет собой реактивную турбину с внутренним потоком, что означает, что рабочая жидкость меняет давление при движении через турбину и отдает свою энергию. Энергия извлекается как из гидростатического напора, так и из кинетической энергии текущей воды. Конструкция сочетает в себе черты радиальных и осевых турбин.

Входное отверстие представляет собой трубку в форме спирали, охватывающую калитку турбины. Вода направляется по касательной через калитку и по спирали попадает на направляющую в форме пропеллера, заставляя ее вращаться.

Выходное отверстие представляет собой вытяжную трубу специальной формы , которая помогает замедлять скорость воды и восстанавливать кинетическую энергию .

Турбине не обязательно находиться в самой нижней точке потока воды, пока тяговая труба остается заполненной водой. Однако более высокое расположение турбины увеличивает всасывание, которое создается на лопатках турбины вытяжной трубой. Результирующее падение давления может привести к кавитации .

Изменяемая геометрия калитки и лопаток турбины обеспечивает эффективную работу в широком диапазоне условий потока. КПД турбины Каплана обычно превышает 90%, но может быть ниже в приложениях с очень низким напором. [3]

Текущие области исследований включают повышение эффективности, основанное на вычислительной гидродинамике (CFD), и новые конструкции, которые повышают выживаемость проходящей рыбы.

Поскольку лопасти гребного винта вращаются на подшипниках с гидравлическим маслом высокого давления, критическим элементом конструкции Kaplan является обеспечение надежного уплотнения для предотвращения выброса масла в водный путь. Сброс нефти в реки нежелателен из-за растраты ресурсов и, как следствие, экологического ущерба.

Приложения

Музей турбинной техники Виктора Каплана, Вена

Турбины Каплана широко используются во всем мире для производства электроэнергии. Они охватывают гидростанции с самым низким напором и особенно подходят для условий с высоким расходом.

Недорогие микротурбины по модели турбины Каплана производятся для индивидуального производства электроэнергии, рассчитанные на напор 3 м, которые могут работать с напором всего 0,3 м при сильно сниженной производительности при достаточном расходе воды. [4]

Большие турбины Каплана проектируются индивидуально для каждой площадки, чтобы работать с максимально возможным КПД, обычно более 90%. Их проектирование, изготовление и установка очень дороги, но работают десятилетиями.

Недавно они нашли новое применение в производстве энергии морских волн, см. Wave Dragon .

Вариации

Турбина Каплана является наиболее широко используемой из турбин пропеллерного типа, но существует несколько других вариантов:

Смотрите также

Рекомендации

https://www.wws-wasserkraft.at/en

  1. ^ «Новые австрийские марки». Солнце . № 1765. Сидней. 24 января 1937 г. с. 13 . Проверено 10 марта 2017 г. - через Национальную библиотеку Австралии., ...Виктор Каплан, изобретатель турбины Каплана....
  2. ^ Гидроэнергетический проект Токома (PDF) . ИМПСА (Отчет).
  3. ^ Грант Ингрэм (30 января 2007 г.). «Очень простая конструкция турбины Каплана» (PDF) .
  4. ^ "Гидротурбина Каплана с низким напором, 1000 Вт" . Аврора Сила и Дизайн . Проверено 15 сентября 2015 г.
  5. ^ Société d'energie de la Baie James (1996). Le complexe Hydroélectrique de la Grande Rivière: Реализация второго этапа (на французском языке). Монреаль: Société d'energie de la Baie James. п. 397. ИСБН 2-921077-27-2.
  6. ^ Турбина ВЛХ
  7. ^ DIVE-Турбина

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме турбины Каплана.