Kaplanova turbína - Kaplan turbine

A Bonneville Dam Kaplanova turbína po 61 letech provozu

The Kaplanova turbína je vrtulového typu vodní turbína který má nastavitelné čepele. Byl vyvinut v roce 1913 rakouským profesorem Viktor Kaplan,[1] kteří kombinovali automaticky nastavované vrtulové listy s automaticky nastavenými brankami pro dosažení účinnosti v širokém rozsahu průtoku a hladina vody.

Kaplanova turbína byla vývojem Francisova turbína. Jeho vynález umožnil efektivní výrobu energie při nízkýchhlava aplikace, které u Francisových turbín nebylo možné. Hlava se pohybuje od 10 do 70 metrů a výkon se pohybuje od 5 do 200 MW. Průměry běžců jsou mezi 2 a 11 metry. Turbíny se otáčejí konstantní rychlostí, která se u jednotlivých zařízení liší. Tato rychlost se pohybuje od pouhých 54,5 ot / min (Přehrada Albeni Falls ) na 450 ot / min. [2]

Kaplanovy turbíny jsou nyní široce používány po celém světě při výrobě energie s vysokým průtokem a nízkou hlavou.

Na tomto kaplanském běžci jsou viditelné čepy ve spodní části čepele; tyto umožňují změnu úhlu lopatek při běhu. Náboj obsahuje hydraulické válce pro nastavení úhlu.

Rozvoj

Viktor Kaplan, žijící v Brunnu, Rakousko-Uhersko (Nyní Brno, Česko), získal svůj první patent na stavitelnou lopatkovou vrtulovou turbínu v roce 1912. Vývoj komerčně úspěšného stroje by však trval další desetiletí. Kaplan se potýkal s kavitace problémy a v roce 1922 opustil svůj výzkum ze zdravotních důvodů.

V roce 1919 Kaplan nainstaloval demonstrační jednotku na Poděbrady (nyní v Česku). V roce 1922 Voith představila Kaplanovu turbínu s výkonem 1100 HP (přibližně 800 kW) pro použití hlavně na řekách. V roce 1924 byla uvedena do provozu jednotka o výkonu 8 MW v Lilla Edet, Švédsko. To zahájilo komerční úspěch a široké přijetí Kaplanovy turbíny.

Teorie provozu

Vertikální Kaplanova turbína (s laskavým svolením Voith-Siemens).

Kaplanova turbína je tok dovnitř reakce turbína, což znamená, že pracovní tekutina mění tlak při pohybu turbínou a vzdává se své energie. Síla se získává jak z hydrostatické hlavy, tak z kinetické energie tekoucí vody. Konstrukce kombinuje vlastnosti radiálních a axiálních turbín.

Vstup je trubka ve tvaru svitku, která se obepíná kolem integrované brány turbíny. Voda je tangenciálně směrována brankou branky a spirálami na běžec ve tvaru vrtule, což způsobuje její otáčení.

Výstup je speciálně tvarovaný sací trubice který pomáhá zpomalit vodu a zotavit se Kinetická energie.

Turbína nemusí být v nejnižším bodě průtoku vody, pokud sací trubice zůstává plná vody. Vyšší umístění turbíny však zvyšuje sání, které je na lopatkách turbíny přiváděno sací trubkou. Výsledný pokles tlaku může vést k kavitace.

Variabilní geometrie branky brány a lopatek turbíny umožňují efektivní provoz za různých podmínek proudění. Účinnost Kaplanovy turbíny je obvykle přes 90%, ale může být nižší u aplikací s velmi nízkou dopravní výškou.[3]

Současné oblasti výzkumu zahrnují výpočetní dynamika tekutin (CFD) poháněná vylepšení účinnosti a nové konstrukce, které zvyšují míru přežití procházejících ryb.

Protože se vrtulové listy otáčejí na vysokotlakých ložiscích hydraulického oleje, je kritickým prvkem Kaplanovy konstrukce udržení pozitivního utěsnění, aby se zabránilo emisím oleje do vodní cesty. Vypouštění ropy do řek není žádoucí z důvodu plýtvání zdroji a následných ekologických škod.

Aplikace

Viktor Kaplan Turbine Technisches Museum Wien

Kaplanovy turbíny jsou široce používány po celém světě pro výrobu elektrické energie. Pokrývají hydrogenerátory s nejnižšími výtlaky a jsou zvláště vhodné pro podmínky s vysokým průtokem.

Levná mikro turbína na modelu Kaplanovy turbíny se vyrábí pro individuální výrobu energie navrženou na 3 m hlavy, která může pracovat s pouhými 0,3 m hlavy při vysoce sníženém výkonu za předpokladu dostatečného průtoku vody.[4]

Velké Kaplanovy turbíny jsou individuálně navrženy pro každé pracoviště tak, aby pracovaly s nejvyšší možnou účinností, obvykle přes 90%. Návrh, výroba a instalace jsou velmi nákladné, ale fungují po celá desetiletí.

Nedávno našli nový domov ve výrobě energie na moři, viz Wave Dragon.

Variace

Kaplanova turbína je nejpoužívanější z turbín vrtulového typu, ale existuje několik dalších variant:

  • Vrtulové turbíny mají nenastavitelné vrtulové lopatky. Používají se tam, kde rozsah průtoku / výkonu není velký. Pro výrobu několika stovek existují komerční produkty wattů z pouhých několika stop hlava. Větší vrtulové turbíny produkují více než 100 MW. Na Elektrárna La Grande-1 v severním Quebecu generuje 12 vrtulových turbín 1368 MW.[5]
  • Žárovka nebo trubkové turbíny jsou navrženy do trubice pro přívod vody. Ve vodním potrubí je umístěna velká žárovka, která drží generátor, integrovanou bránu a běžec. Trubkové turbíny mají plně axiální konstrukci, zatímco Kaplanovy turbíny mají radiální branku.
  • Pit turbíny jsou žárovkové turbíny s převodovkou. To umožňuje menší generátor a žárovku.
  • Straflo turbíny jsou axiální turbíny s generátorem mimo vodní kanál, spojené s obvodem oběžného kola.
  • S-turbíny eliminujte potřebu pouzdra žárovky umístěním generátoru mimo vodní kanál. Toho je dosaženo krokem ve vodním kanálu a hřídelí spojující běhoun a generátor.
  • The VLH turbína je otevřená „kaplanová“ turbína s velmi nízkou hlavou a šikmo skloněná s proudem vody. Má velký průměr> 3,55 m, má nízkou rychlost pomocí přímo připojeného alternátoru s permanentním magnetem namontovaným na hřídeli s elektronickou regulací výkonu a je velmi přátelský k rybám (<5% úmrtnost).[6]
  • The DIVE-Turbine je vertikální vrtulová turbína s dvojitou regulací integrovanými branami a změnou rychlosti. Pokrývá řadu aplikací až do 4 MW s účinností srovnatelnou se standardními Kaplan-Turbines. Díky konstrukci vrtule s pevnými lopatkami je považována za turbínu vhodnou pro ryby.[7]
    DIVE-Turbine, verze vrtulové turbíny, během instalace na místě.
  • Tysonovy turbíny jsou pevná vrtulová turbína určená k ponoření do rychle tekoucí řeky, buď trvale ukotvená v korytě řeky, nebo připojená k lodi nebo člunu.

  • model žárovky nebo trubkových turbín

  • model S-turbíny

  • schéma straflo-turbíny

  • VLH turbíny

  • schéma ponorné turbíny

Viz také

Reference

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

  1. ^ „Nové rakouské známky“. Slunce (1765). Sydney. 24. ledna 1937. str. 13. Citováno 10. března 2017 - prostřednictvím Národní knihovny Austrálie., ... Victor Kaplan, vynálezce Kaplanovy turbíny ...
  2. ^ Vodní projekt Tocoma (PDF). IMPSA (Zpráva).
  3. ^ Udělit Ingram (30. ledna 2007). „Velmi jednoduchý design Kaplanovy turbíny“ (PDF).
  4. ^ „1000W nízkohlavá kaplanská vodní turbína“. Aurora Power & Design. Citováno 2015-09-15.
  5. ^ Société d'énergie de la Baie James (1996). Le complexe hydroélectrique de la Grande Rivière: Réalisation de la deuxième phase (francouzsky). Montreal: Société d'énergie de la Baie James. str. 397. ISBN  2-921077-27-2.
  6. ^ Turbína VLH
  7. ^ DIVE-Turbine

externí odkazy