Zoals we weten, moeten we om hydraulische energie op te wekken een grote hoeveelheid water door een waterval gieten om een turbine te kunnen verplaatsen. Een van de meest gebruikte turbines in hydraulische energie is de Kaplan-turbine. Het is een hydraulische straalturbine die wordt gebruikt met kleine hellingen tot enkele tientallen meters. Stroming is altijd nodig is groot zodat er een grote hoeveelheid energie kan worden opgewekt.
In dit artikel gaan we je vertellen waaruit de Kaplan-turbine bestaat, wat zijn eigenschappen zijn en hoe hij wordt gebruikt om hydraulische energie op te wekken.
Wat is de Kaplan-turbine
Het is een hydraulische straalturbine die gebruik maakt van kleine hoogteverschillen van enkele meters tot enkele tientallen. Een van de belangrijkste kenmerken is dat het altijd werkt met hoge stroomsnelheden. Stromen variërend van 200 tot 300 kubieke meter per seconde. Het wordt veel gebruikt voor het opwekken van hydraulische energie, dit is een soort hernieuwbare energie.
De Kaplan-turbine werd in 1913 uitgevonden door de Oostenrijkse professor Víktor Kaplan. Het is een soort propellervormige hydraulische turbine waarvan ze bladen hebben die op de verschillende waterstromen kunnen worden gericht. We weten dat de waterstroom varieert afhankelijk van de intensiteit van het volume. Door bladen te hebben die op de waterstroom zijn gericht, kunnen we de prestaties verbeteren door deze hoog te houden tot stroomsnelheden van 20-30% van de nominale stroom.
Het normaalste is dat deze turbine is uitgerust met vaste statordeflectoren die de waterstroom helpen geleiden. Op deze manier wordt de opwekking van elektrische energie geoptimaliseerd. De efficiëntie van de Kaplan-turbine kan worden gebruikt voor een groter stroombereik, afhankelijk van de behoeften. Idealiter wordt de turbine voorbereid met behulp van een oriëntatiesysteem waarin we de statordeflectoren plaatsen wanneer de stroming verandert. We hebben niet altijd dezelfde waterstroom omdat we afhankelijk zijn van regenval en reservoirniveaus.
Wanneer de vloeistof de Kaplan-turbine bereikt, dient deze dankzij een spiraalvormige leiding om de volledige omtrek volledig te voeden. Zodra het fluïdum de turbine heeft bereikt, gaat het door een verdeler die het fluïdum zijn roterende rotatie geeft. Het is hier waar de waaier verantwoordelijk is voor het omleiden van de stroom naar 90 graden om deze axiaal om te keren.
hoofdkenmerken
Als we een propellerturbine hebben, weten we dat de regeling praktisch nihil is. Dit betekent dat de turbine alleen in een bepaald bereik kan werken, dus de verdeler is niet eens verstelbaar. Met de Kaplan-turbine krijgen we de oriëntatie van de waaierbladen om aan te passen aan de waterstroom. Bovendien past de beweging zich aan de stroom aan. Dit komt doordat elke verdelerinstelling overeenkomt met een andere oriëntatie van de bladen. Hierdoor is het mogelijk om mee te werken hogere opbrengsten tot 90% in een breed scala aan debieten.
Het toepassingsgebied van deze turbines bereikt een maximale valhoogte van ongeveer 80 meter en een debiet van 50 kubieke meter per seconde. Dit overlapt gedeeltelijk het toepassingsgebied van de Francis turbine. Deze turbines ze bereikten slechts een val van 10 meter en meer dan 300 kubieke meter per seconde in stroom.
Om de opwekking van hydraulische energie te optimaliseren is het heel gebruikelijk om Kaplan-turbines te zien. Het zijn propellerturbines die op volle capaciteit draaien en goed reageren op overtollige vloeistof. Dankzij deze turbines elimineren ze een groot deel van de installatiekosten aangezien deze turbine duurder is dan een propellerturbine maar de installatie op lange termijn veel efficiënter wordt.
Hoe turbines werken in waterkracht
Als we een uitgangsspanning in een waterkrachtinstallatie constant willen houden, moet het toerental van de turbine altijd constant worden gehouden. We weten dat de waterdruk varieert afhankelijk van het debiet en de intensiteit waarmee het valt. De turbinesnelheid moet echter constant worden gehouden, ongeacht deze drukvariaties. Om stabiel te blijven zijn er zowel in de Francis-turbine als in de Kaplan-turbine een groot aantal regelingen nodig.
Pelton-wielinstallaties worden vaak gemaakt waarbij de waterstroom wordt geholpen om te regelen door de uitwerpkoppen te openen en te sluiten. Wanneer er een Kaplan-turbine in de faciliteit is, wordt een afvoerbypass-mondstuk gebruikt om snelle stroomveranderingen in de druppelkanalen af te buigen die de waterdruk plotseling kunnen verhogen. Op deze manier zorgen we ervoor dat de propellers altijd op een constante manier worden opgeslagen en niet worden beïnvloed door veranderingen in de waterdruk. Deze toename van de waterdruk staat bekend als waterhamers. Ze kunnen zeer schadelijk zijn voor voorzieningen.
Bij al deze instellingen wordt echter een constante waterstroom door de mondstukken gehandhaafd, zodat de beweging van de turbinebladen stabiel wordt gehouden. Om waterslag te vermijden, worden de afvoermondstukken langzaam gesloten. De turbines die worden gebruikt voor het opwekken van hydraulische energie variëren naargelang van het type:
- Voor grote sprongen en kleine stroomsnelheden Er worden Pelton-turbines gebruikt.
- voor die kleinere koppen maar met een hogere stroom Francis-turbines worden gebruikt.
- En hele kleine watervallen maar met een hele grote stroom Kaplan- en propellerturbines worden gebruikt.
Waterkrachtcentrales zijn afhankelijk van een grote hoeveelheid water die zich in reservoirs bevindt. Deze stroming moet worden gecontroleerd en kan nagenoeg constant worden gehouden zodat het water door kanalen of sluizen kan worden getransporteerd. De stroom wordt geregeld door kleppen om de waterstroom die door de turbine stroomt, aan te passen. De hoeveelheid water die door de turbine mag, is afhankelijk van de elektriciteitsvraag op elk moment. De rest van het water komt via de afvoerkanalen naar buiten.
Ik hoop dat je met deze informatie meer te weten kunt komen over de Kaplan-turbine en waterkrachtgeneratie.