Et genereerida hüdrauliline energia, on vaja ära kasutada suurte veekoguste liikumist läbi kose, mis võimaldab turbiinil liikuda. Üks hüdroelektrienergia tootmisel enim kasutatavaid turbiine on Kaplani turbiin. Seda tüüpi turbiini kasutatakse väikestes, kuni mõnekümnemeetristes koskedes, kus vooluhulk on suur.
Selles artiklis kirjeldame üksikasjalikult, millest Kaplani turbiin koosneb, selle peamised omadused ja kuidas seda kasutatakse hüdroenergia tootmisel.
Mis on Kaplani turbiin
La Kaplani turbiin See on teatud tüüpi hüdrauliline reaktiivturbiin, mis on ette nähtud töötama keskkondades, kus kalle on väike, mõnest meetrist mõnekümneni. See nõuab ka suuri voogusid, vahel 200 ja 300 kuupmeetrit sekundis, mis teeb sellest väga tõhusa turbiini hüdraulikaenergia tootmiseks, mis on taastuv energiaallikas.
Selle leiutas Austria professor Viktor Kaplan 1913. aastal, ja selle uuenduslik struktuur muudab selle eriti sobivaks olukordades, kus veevool on muutuv. Selle turbiini üks põhiomadusi on see, et selle labasid saab suunata vastavalt voolu suunale, optimeerides selle jõudlust isegi siis, kui voolukiirus on vaid 20-30% selle nimivoolust.
Paljude Kaplani turbiinide lisaomadus on see, et need on osa elektritootmissüsteemidest, mis sisaldavad fikseeritud staatoreid, mis optimeerivad turbiini toitva vee voolu, parandades seeläbi elektritootmisvõimsust. Kaplani turbiini efektiivsus See võib püsida kõrgel paljudes voolukiirustes, muutes selle paljude hüdroelektrijaamade võtmeelemendiks.
Toimimispõhimõte
Kaplani turbiini tööpõhimõte on lihtne, kuid tõhus. Vesi jõuab turbiini spiraalikujulise kanali kaudu, mis võimaldab turbiini toita kogu selle ümbermõõdu ulatuses. Seejärel liigub vesi läbi jaoturi, mis annab voolule turbiini tööks hädavajaliku pöörleva liikumise.
Kui vesi siseneb turbiini, põhjustab see tiiviku pööre, suunates veevoolu 90° nurga all ja seejärel aksiaalselt tagurpidi. See toiming võimaldab turbiinil ära kasutada vee kineetilist energiat, et suurendada selle tõhusust energia tootmisel.
La Kaplani turbiin Tänu väljalaskesüsteemis olevale difuusorile on see võimeline osa energiast tagasi võtma, mis ei ole kõigi hüdroturbiinide puhul tavaline. See difuusor aitab parandada turbiini jõudlust rakendustes, kus veesurve ei ole kõrge, näiteks väikestes koskedes.
Peamised omadused ja eelised
Kaplani turbiini üks olulisemaid eeliseid on selle võime reguleerida labasid sõltuvalt veevoolu suunast. See võimaldab turbiinil säilitada kõrge efektiivsuse erinevates voolu- ja rõhutingimustes.
Erinevalt tavalistest turbiinidest, näiteks propellerturbiinidest, on Kaplanil vooluregulaatorid, millega saab reguleerida nii tiiviku labasid kui ka jagaja labade nurka. See teeb sellest ühe kõige mitmekülgsema turbiini turul, mis on töövõimeline laiad voolu- ja peavahemikud, mille efektiivsus on kuni 90%.
Kaplani turbiini tööulatus hõlmab maksimaalseid kõrgusi umbes 80 meetrit kõrge ja voolukiirused kuni 50 kuupmeetrit sekundis. Kuigi Kaplanil on Francise turbiinidega sarnased aspektid, on see eriti tõhus sellistes tingimustes suured voolud ja madalad pead rippuma, kus teised turbiinid kaotaksid efektiivsuse.
Kuidas turbiinid hüdroelektrijaamades töötavad
Hüdroelektrijaamas on pideva elektrivarustuse tagamiseks hädavajalik väljundpinge reguleerimine. See tähendab, et turbiini kiirus peab jääma konstantseks ka siis, kui veevoolu tingimused muutuvad. Kaplani turbiinid on loodud nende muutustega kohanema, hoides veevoolu konstantsena tänu täiustatud juhtimissüsteemidele.
Hüdroelektriturbiinidel, olgu see siis Kaplan, Francis või Pélton, on erinevad juhtimissüsteemid, mis tagavad nende stabiilsuse veerõhu muutuste korral. Eelkõige on Kaplani turbiinidel tavaliselt möödaviigudüüsid, mis suunavad liigse vee tõhusalt ümber, et vältida kahjustusi, mida nimetatakse veehaamriks – järsk rõhu tõus, mis võib rajatisi väga kahjustada.
Hüdraulikaturbiinid liigitatakse kose tüübi ja nendega toimetuleva voolu järgi:
- Suured hüpped väikeste vooludega: Kasutatakse Peltoni turbiine.
- Suurema vooluga keskmised hüpped: Kasutatakse Francise turbiine.
- Väikesed hüpped suurte vooludega: Kasutatakse kaplani ja propellerturbiine.
Turbiini läbiva vee kogust reguleeritakse vastavalt hetke elektrivajadusele. Ülejäänud vesi juhitakse läbi tühjenduskanalite, et vältida kadusid süsteemis. Kaasaegsetes hüdroelektrijaamades tagavad juhtimissüsteemid olemasoleva vooluhulga optimaalse kasutamise, aidates säilitada tõhusat ja säästvat energiatootmist.
See artikkel käsitleb üksikasjalikult Kaplani turbiinide tööd, eeliseid ja omadusi, mis on üks kõige arenenumaid ja tõhusamaid hüdraulikaenergia kasutamise tehnoloogiaid. Arvestades nende suurt jõudlust ja mitmekülgsust, on need veepõhise energiatootmise sektoris üks enimkasutatavaid võimalusi.