Kaplan türbini - Kaplan turbine

61 yıllık hizmetin ardından bir Bonneville Dam Kaplan türbini.

Kaplan türbinleri bir pervane-tipi su türbini ayarlanabilir uç bulunur. 1913 yılında , geniş bir akış ve su seviyesi aralığında verimlilik elde etmek için otomatik olarak ayarlanan pervane kanatlarını otomatik olarak ayarlanan küçük kapılarla birleştiren Avusturyalı profesör Viktor Kaplan tarafından geliştirilmiştir .

Kaplan türbini, Francis türbininin bir evrimiydi . Buluşu , Francis türbinleri ile mümkün olmayan alçak kafa uygulamalarında verimli enerji üretimine izin verdi . Basma yüksekliği 10 ila 70 metre (33 ila 230 ft) ve çıkış aralığı 5 ila 200 MW arasındadır. Koşucu çapları 2 ila 11 metre arasındadır (6 ft 7 inç ve 36 ft 1 inç). Türbinler tesisten tesise değişen sabit bir hızda döner. Bu hız 54,5 rpm ( Albeni Falls Barajı ) ile 450 rpm arasında değişmektedir .

Kaplan türbinleri artık dünya çapında yüksek debili, düşük yük gücü üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bu Kaplan koşucu üzerinde, bıçağın tabanındaki miller görülebilir; bunlar bıçakların açısının çalışırken değiştirilmesine izin verir. Göbek, açıyı ayarlamak için hidrolik silindirler içerir.

Geliştirme

Avusturya-Macaristan Brünn'de (şimdi Brno , Çekya) yaşayan Viktor Kaplan, 1912'de ayarlanabilir kanatlı pervaneli türbin için ilk patentini aldı. Ancak ticari açıdan başarılı bir makinenin geliştirilmesi bir on yıl daha alacaktı. Kaplan kavitasyon sorunları ile mücadele etti ve 1922'de sağlık nedenleriyle araştırmasını bıraktı.

1919'da Kaplan, Poděbrady'de (şimdi Çekya'da) bir gösteri ünitesi kurdu . 1922'de Voith , esas olarak nehirlerde kullanılmak üzere 1100 HP (yaklaşık 800 kW) Kaplan türbinini piyasaya sürdü . 1924'te İsveç , Lilla Edet'de 8 MW'lık bir ünite devreye girdi . Bu, Kaplan türbinlerinin ticari başarısını ve yaygın kabul görmesini sağladı.

Operasyon teorisi

Dikey Kaplan Türbin (Voith-Siemens'in izniyle).

Kaplan türbini, içeriye doğru akış reaksiyon türbinidir, yani çalışma sıvısı türbin içinde hareket ederken basıncı değiştirir ve enerjisini bırakır. Güç, hem hidrostatik yükten hem de akan suyun kinetik enerjisinden geri kazanılır. Tasarım, radyal ve eksenel türbinlerin özelliklerini birleştiriyor.

Giriş, türbinin küçük kapısının etrafını saran kaydırma şeklinde bir tüptür. Su, küçük kapıdan teğetsel olarak yönlendirilir ve pervane şeklindeki bir koşucuya spiral olarak dönerek dönmesine neden olur.

Çıkış, suyun yavaşlamasına ve kinetik enerjinin geri kazanılmasına yardımcı olan özel olarak şekillendirilmiş bir çekme borusudur .

Çekme borusu suyla dolu kaldığı sürece türbinin su akışının en düşük noktasında olmasına gerek yoktur . Bununla birlikte, daha yüksek bir türbin konumu, türbin kanatlarına çekme borusu tarafından verilen emişi artırır. Ortaya çıkan basınç düşüşü, kavitasyona neden olabilir .

Personel kapısı ve türbin kanatlarının değişken geometrisi, çeşitli akış koşulları için verimli çalışmaya izin verir. Kaplan türbin verimleri tipik olarak% 90'ın üzerindedir, ancak çok düşük kafa uygulamalarında daha düşük olabilir.

Güncel araştırma alanları arasında hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) güdümlü verimlilik iyileştirmeleri ve içinden geçen balıkların hayatta kalma oranlarını artıran yeni tasarımlar yer alıyor.

Pervane kanatları yüksek basınçlı hidrolik yağ yatakları üzerinde döndürüldüğünden, Kaplan tasarımının kritik bir unsuru, su yoluna yağ emisyonunu önlemek için pozitif bir sızdırmazlık sağlamaktır. Kaynak israfı ve bunun sonucunda ortaya çıkan ekolojik zarar nedeniyle petrolün nehirlere boşaltılması istenmemektedir.

Uygulamalar

Viktor Kaplan Turbine Technisches Museum Wien

Kaplan türbinleri, elektrik enerjisi üretimi için dünya çapında yaygın olarak kullanılmaktadır. En alçak baş hidro sitelerini kaplarlar ve özellikle yüksek akış koşulları için uygundurlar.

Kaplan türbin modelindeki ucuz mikro türbinler, yeterli su akışı sağlanarak oldukça düşük bir performansta 0,3 m kadar düşük basma yüksekliği ile çalışabilen 3 m kafa için tasarlanmış bireysel güç üretimi için üretilmiştir.

Büyük Kaplan türbinleri, her saha için, tipik olarak% 90'ın üzerinde, mümkün olan en yüksek verimlilikte çalışmak üzere ayrı ayrı tasarlanmıştır. Tasarımı, üretimi ve kurulumu çok pahalıdır, ancak onlarca yıldır çalışırlar.

Yakın zamanda açık deniz dalga enerjisi üretiminde yeni bir yuva buldular, bkz. Wave Dragon .

Varyasyonlar

Kaplan türbini, pervane tipi türbinlerin en yaygın kullanılanıdır, ancak birkaç başka varyasyon mevcuttur:

Pervaneli türbinlerin ayarlanamayan pervane kanatları vardır. Akış / güç aralığının geniş olmadığı yerlerde kullanılırlar. Ticari ürünler birkaç yüz üretmek için mevcut watt sadece birkaç feet kafasına . Daha büyük pervaneli türbinler 100 MW'dan fazla üretir. At La Grande-1 santralinin kuzey Quebec, 12 pervane türbinleri 1368 MW güce sahip.
Ampullü veya borulu türbinler , su dağıtım borusu içinde tasarlanmıştır. Jeneratörü, küçük kapıları ve koşucuyu tutan su borusunda büyük bir ampul ortalanmıştır. Borulu türbinler tamamen eksenel bir tasarıma sahipken, Kaplan türbinleri radyal bir küçük kapıya sahiptir.
Çukur türbinleri , dişli kutulu ampul türbinleridir. Bu, daha küçük bir jeneratör ve ampul sağlar.
Straflo türbinleri , jeneratörün su kanalının dışında, koşucunun çevresine bağlı olduğu eksenel türbinlerdir.
S-türbinler , jeneratörü su kanalının dışına yerleştirerek ampul muhafazası ihtiyacını ortadan kaldırır. Bu, su kanalındaki bir hareket ve koşucu ve jeneratörü bağlayan bir şaft ile gerçekleştirilir.
VLH türbin su akışına bir açı ile meyillenmektedir bir açık akış, çok düşük kafa "kaplan" türbindir. 3,55 m'den büyük bir çapa sahiptir, doğrudan bağlı şafta monte edilmiş, elektronik güç regülasyonlu sabit mıknatıslı alternatör kullanan düşük hızlıdır ve çok balık dostudur (<% 5 ölüm).
DALIŞ-Türbin ÇO ve hız değişkenliği ile çift düzenleme ile dikey bir pervane türbindir. Standart Kaplan-Türbinler ile karşılaştırılabilir verimliliklerle 4 MW'a kadar bir uygulama aralığını kapsar. Sabit kanatlı pervane tasarımı nedeniyle balık dostu türbin olarak kabul edilir.

Pervaneli türbin versiyonu olan DIVE-Turbine, sahada kurulum sırasında.
Tyson türbinleri , hızlı akan bir nehre batırılmak üzere tasarlanmış sabit bir pervaneli türbinlerdir, ya nehir yatağına kalıcı olarak demirlenir ya da bir tekneye veya mavnaya bağlanır.