Турбина каплана - Kaplan turbine

А Bonneville Dam Турбина Каплана после 61 года эксплуатации

В Турбина каплана пропеллерный водяная турбина который имеет регулируемые лезвия. Он был разработан в 1913 году австрийским профессором Виктор Каплан,[1] которая объединила автоматически регулируемые лопасти гребного винта с автоматически регулируемыми заслонками калитки для достижения эффективности в широком диапазоне расхода и уровень воды.

Турбина Каплана была развитием Турбина Фрэнсиса. Его изобретение позволило эффективно производить электроэнергию с низким энергопотреблением.голова приложений, которые были невозможны с турбинами Фрэнсиса. Напор составляет от 10 до 70 метров, а мощность - от 5 до 200 МВт. Диаметр рабочего колеса составляет от 2 до 11 метров. Турбины вращаются с постоянной скоростью, которая варьируется от объекта к объекту. Эта частота 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 в основании лезвия; они позволяют изменять угол лезвий во время работы. В ступице установлены гидроцилиндры для регулировки угла.

Разработка

Виктор Каплан, живущий в Брюнне, Австро-Венгрия (сейчас же Брно, Чехия), получил свой первый патент на турбину с регулируемыми лопастями гребного винта в 1912 году. Но на создание коммерчески успешной машины потребовалось еще десятилетие. Каплан боролся с кавитация проблемы, и в 1922 году отказался от своих исследований по состоянию здоровья.

В 1919 году Каплан установил демонстрационную установку на Подебрады (сейчас в Чехии). В 1922 г. Voith представила турбину Каплана мощностью 1100 л.с. (около 800 кВт) для использования в основном на реках. В 1924 г. введен в строй энергоблок мощностью 8 МВт. Лилла Эдет, Швеция. Это привело к коммерческому успеху и повсеместному признанию турбин Каплана.

Теория Операции

Вертикальная турбина Каплана (любезно предоставлена ​​компанией Voith-Siemens).

Турбина Каплана - прямоточная. реакция турбина, что означает, что рабочее тело изменяет давление при движении через турбину и отдает свою энергию. Энергия восстанавливается как от гидростатического напора, так и от кинетической энергии текущей воды. В конструкции сочетаются особенности радиальных и осевых турбин.

Входное отверстие представляет собой спиральную трубу, которая огибает калитку турбины. Вода направляется по касательной через калитку и по спирали попадает на лопаточный вал в форме пропеллера, заставляя его вращаться.

Выпускное отверстие имеет особую форму. вытяжной трубы что помогает замедлить движение воды и восстановить кинетическая энергия.

Турбина не обязательно должна находиться в самой низкой точке потока воды, пока вытяжной трубы остается полным воды. Однако более высокое расположение турбины увеличивает мощность всасывания, создаваемую лопатками турбины вытяжной трубой. Возникающее падение давления может привести к кавитация.

Изменяемая геометрия калитки и лопаток турбины позволяет эффективно работать в различных условиях потока. КПД турбины Каплана обычно превышает 90%, но может быть ниже в приложениях с очень низким напором.[3]

Текущие области исследований включают вычислительная гидродинамика (CFD) привели к повышению эффективности и новым конструкциям, которые увеличивают выживаемость проходящей рыбы.

Поскольку лопасти гребного винта вращаются на подшипниках гидравлического масла высокого давления, критическим элементом конструкции Каплана является поддержание положительного уплотнения для предотвращения выброса масла в водный путь. Сброс нефти в реки нежелателен из-за нерационального использования ресурсов и, как следствие, экологического ущерба.

Приложения

Музей техники турбин Виктора Каплана Вена

Турбины Каплана широко используются во всем мире для производства электроэнергии. Они покрывают самые низкие гидростанции и особенно подходят для условий высокого расхода.

Недорогие микротурбины на модели турбины Каплана производятся для индивидуального производства энергии, рассчитанного на 3 м напора, которые могут работать с напором всего лишь 0,3 м при сильно сниженной производительности при достаточном потоке воды.[4]

Большие турбины Каплана проектируются индивидуально для каждого объекта для работы с максимально возможным КПД, обычно более 90%. Они очень дороги в разработке, производстве и установке, но работают десятилетиями.

Недавно они нашли новое применение в производстве энергии морских волн, см. Волновой дракон.

Вариации

Турбина Каплана - наиболее широко используемая из турбин пропеллерного типа, но существует несколько других вариантов:

  • Пропеллерные турбины имеют нерегулируемые гребные лопатки. Они используются там, где диапазон расхода / мощности невелик. Товарных продуктов существует для производства нескольких сотен Вт всего в нескольких футах от голова. Пропеллерные турбины большего размера производят более 100 МВт. На Электростанция Ла Гранд-1 в северном Квебеке 12 гребных турбин вырабатывают 1368 МВт.[5]
  • Лампочка или же трубчатые турбины встроены в трубку для подачи воды. В центре водопровода находится большая груша, в которой находятся генератор, калитка и желоб. Трубчатые турбины имеют полностью осевую конструкцию, тогда как турбины Каплана имеют радиальную калитку.
  • Шахтные турбины колбы турбины с коробкой передач. Это позволяет использовать генератор и лампочку меньшего размера.
  • Турбины Straflo осевые турбины с генератором вне водяного канала, подключенные к периферии рабочего колеса.
  • S-турбины устраните необходимость в кожухе лампы, разместив генератор вне водного канала. Это достигается за счет толчков в водном канале и вала, соединяющего бегунок и генератор.
  • В Турбина VLH представляет собой турбину типа «каплан» с открытым потоком и очень низким напором, наклоненную под углом к ​​потоку воды. Он имеет большой диаметр> 3,55 м, работает на низкой скорости с помощью напрямую подключенного к валу генератора с постоянным магнитом и электронной регулировкой мощности, и очень безопасен для рыбы (<5% смертности).[6]
  • В DIVE-Турбина Вертикальная винтовая турбина с двойным регулированием калиткой и изменением скорости. Он охватывает диапазон применений до 4 МВт с эффективностью, сопоставимой со стандартными турбинами Каплана. Благодаря конструкции гребного винта с неподвижными лопастями турбина считается безопасной для рыб.[7]
    DIVE-Turbine, версия с пропеллерной турбиной, во время установки на месте.
  • Турбины Тайсона представляют собой стационарную гребную турбину, предназначенную для погружения в быстро текущую реку, либо постоянно заякоренную в русле реки, либо прикрепленную к лодке или барже.

  • модель ламповой или трубчатой ​​турбины

  • модель S-турбины

  • схема стафлотурбины

  • Турбины VLH

  • схема DIVE-турбины

Смотрите также

Рекомендации

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

  1. ^ «Новые австрийские марки». Солнце (1765). Сидней. 24 января 1937 г. с. 13. Получено 10 марта 2017 - через Национальную библиотеку Австралии., ... Виктор Каплан, изобретатель турбины Каплана ....
  2. ^ Гидроэнергетический проект Токома (PDF). IMPSA (Отчет).
  3. ^ Грант Ингрэм (30 января 2007 г.). «Очень простая конструкция турбины Каплана» (PDF).
  4. ^ «Гидротурбина Каплана с низким напором мощностью 1000 Вт». Аврора Мощность и дизайн. Получено 2015-09-15.
  5. ^ Société d'énergie de la Baie James (1996). Le complexe hydroélectrique de la Grande Rivière: фаза реализации de la deuxième (На французском). Монреаль: Société d'énergie de la Baie James. п. 397. ISBN  2-921077-27-2.
  6. ^ VLH Турбина
  7. ^ DIVE-Турбина

внешняя ссылка