För att generera hydraulisk energi måste vi, som vi vet, hälla en stor mängd vatten genom ett vattenfall för att flytta en turbin. En av de mest använda turbinerna inom hydraulisk energi är Kaplan-turbin. Det är en hydraulisk jetturbin som används med små lutningar upp till några tiotals meter. Flöde behövs alltid är stort så att en stor mängd energi kan genereras.
I den här artikeln ska vi berätta vad Kaplan-turbinen består av, vilka egenskaper den har och hur den används för att generera hydraulisk energi.
Vad är Kaplan-turbinen
Det är en hydraulisk jetturbin som använder små lutningar i höjd från några meter till några tiotal. En av huvudegenskaperna är att den alltid fungerar med höga flödeshastigheter. Flöden från 200 till 300 kubikmeter per sekund. Det används ofta för att generera hydraulisk energi, detta är en typ av förnybar energi.
Kaplanturbinen uppfanns 1913 av den österrikiska professorn Víktor Kaplan. Det är en typ av propellerformad hydraulisk turbin där de har blad som kan orienteras mot olika vattenflöde. Vi vet att vattenflödet varierar beroende på volymens intensitet. Genom att kunna ha blad som är orienterade mot vattenflödet kan vi öka prestandan genom att hålla den hög upp till 20-30% av det nominella flödet.
Det mest normala är att denna turbin är utrustad med fasta statoravvisare som hjälper till att styra vattenflödet. På detta sätt optimeras produktionen av elektrisk energi. Kaplan-turbinens effektivitet kan användas för ett större flöde beroende på behoven. Helst bör turbinen beredas med ett orienteringssystem där vi placerar statoravledarna när flödet ändras. Vi har inte alltid samma vattenflöde eftersom vi är beroende av nederbörd och reservoarnivåer.
När vätskan når Kaplan-turbinen, tack vare en spiralformad ledning, tjänar den till att mata hela omkretsen helt. När vätskan har nått turbinen passerar den genom en fördelare som ger vätskan sin roterande rotation. Det är här pumphjulet är ansvarigt för att avleda flödet 90 grader för att vända det axiellt.
Huvudegenskaper
När vi har en propellerturbin vet vi att regleringen är praktiskt taget noll. Detta innebär att turbinen bara kan arbeta inom ett visst intervall, så distributören är inte ens justerbar. Med Kaplan-turbinen får vi pumphjulets orientering för att anpassa sig till vattenflödet. Dessutom anpassas rörelsen till strömflödet. Detta beror på att varje distributörsinställning motsvarar olika orientering av knivarna. Tack vare detta är det möjligt att arbeta med högre avkastning på upp till 90% i ett stort flödesintervall.
Användningsområdet för dessa turbiner når maximala droppar på cirka 80 meter och strömmar upp till en flödeshastighet på 50 kubikmeter per sekund. Detta överlappar delvis användningsområdet för Francis turbin. Dessa turbiner de nådde bara 10 meters fall och översteg 300 kubikmeter per sekund i flöde.
För att optimera produktionen av hydraulisk energi är det mycket vanligt att se Kaplan-turbiner. De är propellturbiner som arbetar med full kapacitet och reagerar bra på överflödig vätska. Tack vare dessa turbiner eliminerar de en stor mängd installationskostnader eftersom denna turbin är dyrare än en propellerturbin men installationen blir mycket mer effektiv på lång sikt.
Hur turbiner fungerar i vattenkraft
Om vi vill hålla en spänningseffekt konstant i en vattenkraftanläggning måste turbinens hastighet alltid hållas konstant. Vi vet att vattentrycket varierar beroende på flödeshastigheten och intensiteten vid vilken det faller. Turbinhastigheten måste dock hållas konstant oavsett dessa tryckvariationer. För att förbli stabil krävs ett stort antal kontroller i både Francis-turbinen och Kaplan-turbinen.
Peltonhjulinstallationer görs ofta där vattenflödet hjälper till att kontrollera genom att öppna och stänga utkastarmunstyckena. När det finns en Kaplan-turbin i anläggningen används ett utloppsbypassmunstycke för att avleda snabba strömförändringar i droppkanalerna som plötsligt kan öka vattentrycket. På detta sätt ser vi till att propellrarna alltid förvaras på ett konstant sätt och inte påverkas av förändringar i vattentrycket. Dessa höjningar i vattentrycket kallas vattenhammare. De kan vara mycket skadliga för anläggningar.
Med alla dessa inställningar bibehålls emellertid ett konstant flöde av vatten genom munstyckena så att rörelsen hos turbinbladen hålls stabil. För att undvika vattenhammare stängs utloppsmunstyckena långsamt. Turbinerna som används för att generera hydraulisk energi varierar beroende på vissa typer:
- För stora hopp och små flödeshastigheter Pelton-turbiner används.
- För de mindre huvuden men med högre flöde Francis-turbiner används.
- En mycket små vattenfall men med ett mycket stort flöde Kaplan- och propellturbiner används.
Vattenkraftverk är beroende av en stor mängd vatten som finns i behållarna. Detta flöde måste kontrolleras och kan hållas nästan konstant så att vattnet kan transporteras genom kanaler eller penna. Flödet styrs genom ventiler för att anpassa vattenflödet som passerar genom turbinen. Mängden vatten som får passera genom turbinen beror på elbehovet vid varje ögonblick. Resten av vattnet kommer ut genom utsläppskanalerna.
Jag hoppas att du med den här informationen kan lära dig mer om Kaplans turbin- och vattenkraftproduktion.