توربين كابلان

كما نعلم ، لتوليد الطاقة الهيدروليكية ، علينا صب كمية كبيرة من الماء عبر شلال لتحريك التوربينات. أحد أكثر التوربينات استخدامًا في الطاقة الهيدروليكية هو توربين كابلان. إنه توربين نفاث هيدروليكي يستخدم مع تدرجات صغيرة تصل إلى بضع عشرات من الأمتار. هناك حاجة دائمًا إلى التدفق الكبير بحيث يمكن توليد كمية كبيرة من الطاقة.

سنخبرك في هذه المقالة عن ماهية توربين كابلان ، وما هي خصائصه وكيف يتم استخدامه لتوليد الطاقة الهيدروليكية.

ما هو توربين كابلان

إنه توربين نفاث هيدروليكي يستخدم تدرجات صغيرة في الارتفاع من بضعة أمتار إلى بضع عشرات. ومن أهم خصائصه أنه يعمل دائمًا بمعدلات تدفق عالية. تدفقات تتراوح من 200 إلى 300 متر مكعب في الثانية. يستخدم على نطاق واسع لتوليد الطاقة الهيدروليكية ، وهذا نوع من الطاقة المتجددة.

تم اختراع توربين كابلان في عام 1913 من قبل الأستاذ النمساوي فيكتور كابلان. إنه نوع من التوربينات الهيدروليكية على شكل مروحة حيث تحتوي على شفرات يمكن توجيهها لتدفق المياه المختلف. نعلم أن تدفق الماء يختلف باختلاف شدة الحجم. من خلال التمكن من الحصول على شفرات موجهة لتدفق المياه ، يمكننا زيادة الأداء من خلال الحفاظ على معدلات تدفق عالية تصل إلى 20-30٪ من التدفق الاسمي.

الشيء الأكثر طبيعية أن هذا التوربين يأتي مجهزًا مع انحرافات ثابتة للجزء الثابت تساعد في توجيه تدفق المياه. بهذه الطريقة ، يتم تحسين توليد الطاقة الكهربائية. يمكن استخدام كفاءة توربينات كابلان في نطاق أوسع من التدفق حسب الاحتياجات. من الناحية المثالية ، يجب تحضير التوربين باستخدام نظام توجيه نضع فيه حارف الجزء الثابت عندما يتغير التدفق. ليس لدينا دائمًا نفس تدفق المياه لأننا نعتمد على مستويات هطول الأمطار والخزانات.

عندما يصل السائل إلى توربين كابلان ، بفضل قناة حلزونية الشكل ، فإنه يعمل على تغذية المحيط بالكامل. بمجرد وصول السائل إلى التوربين ، فإنه يمر عبر موزع يعطي السائل دورانه الدوراني. هذا هو المكان الذي يكون فيه الدافع مسؤولاً عن تحويل التدفق 90 درجة لعكسه محوريًا.

الملامح الرئيسية

عندما يكون لدينا توربين مروحي ، نعلم أن اللائحة لا شيء عمليًا. هذا يعني أن التوربين يمكن أن يعمل فقط في نطاق معين ، وبالتالي فإن الموزع غير قابل للتعديل حتى. مع توربين كابلان نحصل على اتجاه شفرات المكره للتكيف مع تدفق المياه. بالإضافة إلى ذلك ، تتكيف الحركة مع التدفق الحالي. هذا لأن كل إعداد موزع يتوافق مع اتجاه مختلف للشفرات. بفضل هذا ، من الممكن العمل مع عوائد أعلى تصل إلى 90٪ في نطاق واسع من معدلات التدفق.

يصل مجال استخدام هذه التوربينات إلى قطرات قصوى يبلغ ارتفاعها حوالي 80 مترًا وتتدفق حتى معدل تدفق يبلغ 50 مترًا مكعبًا في الثانية. هذا يتداخل جزئيًا مع مجال استخدام توربين فرانسيس. هذه التوربينات وصلوا إلى انخفاض 10 أمتار فقط وتجاوزوا 300 متر مكعب في الثانية في التدفق.

لتحسين توليد الطاقة الهيدروليكية ، من الشائع جدًا رؤية توربينات كابلان. إنها توربينات مروحية تعمل بكامل طاقتها وتستجيب جيدًا لأي سوائل زائدة. بفضل هذه التوربينات ، فإنها تقضي على قدر كبير من تكاليف التركيب لأن هذا التوربينات أغلى من التوربينات المروحية ، لكن التركيب يصبح أكثر كفاءة على المدى الطويل.

كيف تعمل التوربينات في الطاقة الكهرومائية

إذا أردنا الحفاظ على ثبات خرج الجهد في التركيبات الكهرومائية ، يجب أن تظل سرعة التوربين ثابتة دائمًا. نحن نعلم أن ضغط الماء يختلف باختلاف معدل التدفق والشدة التي ينخفض ​​بها. ومع ذلك ، يجب أن تظل سرعة التوربين ثابتة بغض النظر عن تغيرات الضغط هذه. من أجل الحفاظ على استقرارها ، يلزم وجود عدد كبير من أدوات التحكم في كل من توربين فرانسيس وتوربينات كابلان.

غالبًا ما يتم إجراء تركيبات عجلة بيلتون حيث يتم مساعدة تدفق المياه للتحكم عن طريق فتح وإغلاق فوهات القاذف. عندما يكون هناك توربين كابلان في المنشأة ، يتم استخدام فوهة تجاوز التفريغ للمساعدة في تحويل التغيرات الحالية السريعة في قنوات الإسقاط التي يمكن أن تزيد فجأة من ضغط الماء. بهذه الطريقة نضمن تخزين المراوح دائمًا بطريقة ثابتة ولا تتأثر بالتغيرات في ضغط الماء. تُعرف هذه الزيادات في ضغط الماء بمطارق الماء. يمكن أن تكون مدمرة للغاية للمرافق.

ومع ذلك ، مع كل هذه الإعدادات ، يتم الحفاظ على التدفق المستمر للمياه عبر الفوهات بحيث تظل حركة ريش التوربين مستقرة. لتجنب مطارق المياه ، يتم إغلاق فوهات التصريف ببطء. تختلف التوربينات المستخدمة لتوليد الطاقة الهيدروليكية حسب بعض الأنواع:

• إلى قفزات كبيرة ومعدلات تدفق صغيرة تستخدم توربينات بيلتون.
• بالنسبة لأولئك رؤوس أصغر ولكن بتدفق أعلى تستخدم توربينات فرانسيس.
• En شلالات صغيرة جدًا ولكن بتدفق كبير جدًا تستخدم توربينات كابلان والمروحة.

تعتمد المحطات الكهرومائية على كمية كبيرة من المياه الموجودة في الخزانات. يجب التحكم في هذا التدفق ويمكن أن يظل ثابتًا تقريبًا بحيث يمكن نقل المياه عبر القنوات أو أقلام الحبر. يتم التحكم في التدفق من خلال الصمامات لتكييف تدفق المياه التي تمر عبر التوربين. تعتمد كمية المياه المسموح لها بالمرور عبر التوربين على الطلب على الكهرباء في كل لحظة. يخرج باقي الماء عبر قنوات التصريف.

آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن توليد الطاقة الكهرومائية وتوربينات كابلان.