Lai ģenerētu hidrauliskā enerģija, ir jāizmanto liela ūdens daudzuma pārvietošanās caur ūdenskritumu, kas ļauj pārvietoties turbīnai. Viena no visvairāk izmantotajām turbīnām hidroelektrostaciju ražošanā ir Kaplan turbīna. Šāda veida turbīnas izmanto nelielos ūdenskritumos, līdz dažiem desmitiem metru, kur plūsma ir liela.
Šajā rakstā mēs detalizēti aprakstīsim Kaplan turbīnas sastāvu, tās galvenās īpašības un to, kā to izmanto hidrauliskās enerģijas ražošanā.
Kas ir Kaplana turbīna
La Kaplan turbīna Tas ir hidrauliskās strūklas turbīnas veids, kas paredzēts darbam vidē ar nelielu slīpumu, sākot no dažiem metriem līdz dažiem desmitiem. Tas prasa arī lielas plūsmas, starp 200 un 300 kubikmetri sekundē, kas padara to par ļoti efektīvu turbīnu hidrauliskās enerģijas ražošanai, kas ir atjaunojams enerģijas avots.
To izgudroja austriešu profesors Viktors Kaplans 1913. gadā, un tā novatoriskā struktūra padara to īpaši piemērotu situācijām, kad ūdens plūsma ir mainīga. Viena no šīs turbīnas galvenajām iezīmēm ir tā, ka tās lāpstiņas var orientēt atbilstoši plūsmas virzienam, optimizējot tās veiktspēju pat tad, ja plūsmas ātrums ir tikai 20-30% no nominālās plūsmas.
Daudzu Kaplan turbīnu papildu iezīme ir tā, ka tās ir daļa no elektroenerģijas ražošanas sistēmām, kurās ir fiksēti statori, kas optimizē turbīnu barojošā ūdens plūsmu, tādējādi uzlabojot elektroenerģijas ražošanas jaudu. Kaplan turbīnas efektivitāte Tas var palikt paaugstināts plašā plūsmas ātruma diapazonā, padarot to par galveno elementu daudzās hidroelektrostacijās.
Darbības princips
Kaplan turbīnas darbības princips ir vienkāršs, bet efektīvs. Ūdens sasniedz turbīnu pa spirālveida kanālu, kas ļauj turbīnu pabarot visā tās apkārtmērā. Pēc tam ūdens iet caur sadalītāju, kas nodrošina plūsmai rotācijas kustību, kas ir būtiska turbīnas darbībai.
Kad ūdens nonāk turbīnā, tas izraisa lāpstiņriteņa pagrieziens, novirzot ūdens plūsmu 90° leņķī un pēc tam apgriežot to aksiāli. Šī darbība ļauj turbīnai izmantot ūdens kinētisko enerģiju, lai palielinātu tās efektivitāti enerģijas ražošanā.
La Kaplan turbīna Tam ir iespēja atgūt daļu enerģijas, pateicoties izplūdes sistēmas difuzoram, kas nav izplatīts visās hidrauliskajās turbīnās. Šis difuzors palīdz uzlabot turbīnas veiktspēju lietojumos, kur ūdens spiediens nav augsts, piemēram, nelielos ūdenskritumos.
Galvenās īpašības un priekšrocības
Viena no nozīmīgākajām Kaplan turbīnas priekšrocībām ir tās spēja regulēt lāpstiņas atkarībā no ūdens plūsmas virziena. Tas ļauj turbīnai uzturēt augstu efektivitāti dažādos plūsmas un spiediena apstākļos.
Atšķirībā no parastajām turbīnām, piemēram, dzenskrūves turbīnām, Kaplan ir plūsmas regulatori, kas var regulēt gan lāpstiņriteņa lāpstiņas, gan sadalītāja lāpstiņu leņķi. Tas padara to par vienu no daudzpusīgākajām turbīnām tirgū, kas spēj darboties plaši plūsmas un galvas diapazoni, ar efektivitāti līdz 90%.
Kaplan turbīnas darbības diapazons ietver maksimālo augstumu aptuveni 80 metrus augsts un plūsmas ātrumi līdz 50 kubikmetru sekundē. Lai gan tam ir līdzīgi aspekti ar Francis turbīnām, Kaplan ir īpaši efektīvs apstākļos lieli plūsmas ātrumi un zemas galvas noslīdēt, kur citas turbīnas zaudētu efektivitāti.
Kā turbīnas darbojas hidroenerģijā
Hidroelektrostacijā izejas sprieguma regulēšana ir būtiska, lai garantētu pastāvīgu elektroenerģijas piegādi. Tas nozīmē, ka turbīnas ātrumam jāpaliek nemainīgam pat tad, ja ūdens plūsmas apstākļi mainās. Kaplan turbīnas ir izstrādātas, lai pielāgotos šīm izmaiņām, saglabājot nemainīgu ūdens plūsmu, pateicoties uzlabotajām vadības sistēmām.
Hidroelektriskajām turbīnām, neatkarīgi no tā, vai tās ir Kaplan, Francis vai Pélton, ir dažādas vadības sistēmas, kas nodrošina to stabilitāti, saskaroties ar ūdens spiediena izmaiņām. Jo īpaši Kaplan turbīnām parasti ir apvada sprauslas, kas efektīvi novirza lieko ūdeni, lai novērstu bojājumus no tā dēvētā ūdens āmura, pēkšņa spiediena pieauguma, kas var ļoti kaitēt iekārtām.
Hidrauliskās turbīnas tiek klasificētas pēc ūdenskrituma veida un plūsmas, ko tās apstrādā:
- Lieli lēcieni ar mazām plūsmām: Tiek izmantotas Pelton turbīnas.
- Vidēji lēcieni ar lielāku plūsmu: Tiek izmantotas Francis turbīnas.
- Mazie lēcieni ar lielām plūsmām: Tiek izmantotas Kaplan un propelleru turbīnas.
Ūdens daudzums, kas iet cauri turbīnai, tiek regulēts atbilstoši pašreizējam elektroenerģijas pieprasījumam. Atlikušais ūdens tiek novirzīts pa izplūdes kanāliem, lai izvairītos no jebkādiem zudumiem sistēmā. Mūsdienu hidroelektrostacijās vadības sistēmas nodrošina optimālu pieejamās plūsmas izmantošanu, palīdzot uzturēt efektīvu un ilgtspējīgu enerģijas ražošanu.
Šajā rakstā ir detalizēti apskatīta Kaplan turbīnu darbība, priekšrocības un raksturlielumi, kas ir viena no vismodernākajām un efektīvākajām hidrauliskās enerģijas izmantošanas tehnoloģijām. Ņemot vērā to augsto veiktspēju un daudzpusību, tie ir viena no visbiežāk izmantotajām iespējām ūdens enerģijas ražošanas sektorā.