турбина Каплана
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июнь 2010 г. ) |
Турбина Каплана пропеллерного типа представляет собой водяную турбину с регулируемыми лопатками. Его разработал в 1913 году австрийский профессор Виктор Каплан . [1] который объединил автоматически регулируемые лопасти гребного винта с автоматически регулируемыми калитками для достижения эффективности в широком диапазоне расхода и уровня воды .
Турбина Каплана была развитием турбины Фрэнсиса . Его изобретение позволило эффективно производить электроэнергию в приложениях с низким напором , что было невозможно с турбинами Фрэнсиса. Напор составляет от 10 до 70 метров (от 33 до 230 футов), а мощность - от 5 до 200 МВт. Диаметр бегунков составляет от 2 до 11 метров (от 6 футов 7 дюймов до 36 футов 1 дюйм). Турбины вращаются с постоянной скоростью, которая варьируется от объекта к объекту. Эта скорость колеблется от 54,5 об/мин ( плотина водопада Албени ) до 450 об/мин. [2]
Турбины Каплана в настоящее время широко используются во всем мире для производства электроэнергии с высоким расходом и низким напором.
Разработка
[ редактировать ]Виктор Каплан, живущий в Брно , Австро-Венгрия (ныне в Чехии), получил свой первый патент на турбину с регулируемыми лопастями в 1912 году. Но разработка коммерчески успешной машины заняла еще десятилетие. Каплан боролся с проблемами кавитации и в 1922 году отказался от своих исследований по состоянию здоровья.
В 1919 году Каплан установил демонстрационную установку в Подебрадах (ныне Чехия). В 1922 году компания Voith представила турбину Каплана мощностью 1100 л.с. (около 800 кВт) для использования в основном на реках. был запущен энергоблок мощностью 8 МВт В 1924 году в Лилла Эдет , Швеция, . Это положило начало коммерческому успеху и широкому распространению турбин Каплана.
Теория работы
[ редактировать ]
Турбина Каплана представляет собой реактивную турбину с входящим потоком, что означает, что рабочая жидкость меняет давление при движении через турбину и отдает свою энергию. Энергия извлекается как из гидростатического напора, так и из кинетической энергии текущей воды. Конструкция сочетает в себе черты радиальных и осевых турбин.
Входное отверстие представляет собой трубку в форме спирали, охватывающую калитку турбины. Вода направляется по касательной через калитку и по спирали попадает на направляющую в форме пропеллера, заставляя ее вращаться.
Выходное отверстие представляет собой вытяжную трубу специальной формы , которая помогает замедлять скорость воды и восстанавливать кинетическую энергию .
Турбине не обязательно находиться в самой нижней точке потока воды, пока тяговая труба остается заполненной водой. Однако более высокое расположение турбины увеличивает всасывание, которое создается на лопатках турбины вытяжной трубой. Возникающее в результате падение давления может привести к кавитации .
Изменяемая геометрия калитки и лопаток турбины обеспечивает эффективную работу в широком диапазоне условий потока. КПД турбины Каплана обычно превышает 90%, но может быть ниже в приложениях с очень низким напором. [3]
Текущие области исследований включают повышение эффективности, основанное на вычислительной гидродинамике (CFD), и новые конструкции, которые повышают выживаемость проходящей рыбы.
Поскольку лопасти гребного винта вращаются на подшипниках с гидравлическим маслом высокого давления, критическим элементом конструкции Kaplan является обеспечение надежного уплотнения для предотвращения выброса масла в водный путь. Сброс нефти в реки нежелателен из-за растраты ресурсов и, как следствие, экологического ущерба.
Приложения
[ редактировать ]
Турбины Каплана широко используются во всем мире для производства электроэнергии. Они охватывают гидростанции с самым низким напором и особенно подходят для условий с высоким расходом.
Недорогие микротурбины модели турбины Каплана производятся для индивидуального производства электроэнергии, рассчитанные на напор 3 м, которые могут работать с напором всего 0,3 м при сильно сниженной производительности при достаточном расходе воды. [4]
Большие турбины Каплана проектируются индивидуально для каждой площадки, чтобы работать с максимально возможным КПД, обычно более 90%. Их проектирование, изготовление и установка очень дороги, но работают десятилетиями.
Недавно они нашли новое применение в производстве энергии морских волн, см. Wave Dragon .
Вариации
[ редактировать ]Турбина Каплана является наиболее широко используемой из турбин пропеллерного типа, но существует несколько других вариантов:
- Гребные турбины имеют нерегулируемые лопасти. Их используют там, где диапазон расхода/мощности не велик. Существуют коммерческие продукты, способные производить несколько сотен ватт всего лишь нескольких футов с высоты . Пропеллерные турбины большего размера производят более 100 МВт. На электростанции Ла Гранд-1 на севере Квебека 12 винтовых турбин вырабатывают 1368 МВт. [5]
- Шаровидные или трубчатые турбины встроены в трубку подачи воды. Большая колба расположена в центре водопроводной трубы, в которой находятся генератор, калитка и направляющая. Трубчатые турбины имеют полностью осевую конструкцию, тогда как турбины Каплана имеют радиальную калитку.
- Ямные турбины представляют собой колбовые турбины с коробкой передач. Это позволяет использовать генератор и лампочку меньшего размера.
- Турбины Straflo представляют собой осевые турбины с генератором вне водяного канала, соединенным с периферией рабочего колеса.
- S-турбины устраняют необходимость в корпусе лампы, размещая генератор за пределами водяного канала. Это достигается с помощью упора в водном канале и вала, соединяющего бегун и генератор.
- Турбина VLH представляет собой турбину «каплан» с открытым потоком и очень низким напором, наклоненную под углом к потоку воды. Он имеет большой диаметр >3,55 м, работает на низкой скорости, использует генератор переменного тока с постоянными магнитами, установленный на валу напрямую, с электронной регулировкой мощности и очень безопасен для рыбы (смертность <5%). [6]
- DIVE -Turbine — это вертикальная пропеллерная турбина с двойной регулировкой с помощью калиток и изменением скорости. Она охватывает диапазон применений до 4 МВт с эффективностью, сравнимой со стандартными турбинами Каплана. Благодаря конструкции гребного винта с фиксированными лопастями турбина считается безопасной для рыбы. [7]
DIVE-Turbine, версия пропеллерной турбины, во время установки - Турбины Тайсона представляют собой турбины с фиксированным пропеллером, предназначенные для погружения в быструю реку, либо постоянно закрепленные в русле реки, либо прикрепленные к лодке или барже.
Модель колбы или трубчатой турбины
Модель S-турбины
Схема страфлотурбины
турбины ВЛХ
Схема DIVE-турбины
См. также
[ редактировать ]- Банки турбин
- Компенсации и кредиты на выбросы углерода
- Налог на выбросы углерода
- Вытяжная труба
- Турбина Фрэнсиса
- Винтовая турбина Горлова
- Гидроэлектроэнергия
- Гидроэнергетика
- Колесо Пелтона
- Винтовая турбина
- Сенсор рыбы — устройство, используемое для изучения воздействия рыбы.
путешествие через турбины Фрэнсиса и Каплана - Трехмерные потери и корреляция в турбомашинах
- Турбина
- Водяная турбина
Ссылки
[ редактировать ]https://www.wws-wasserkraft.at/en
- ^ «Новые австрийские марки» . Солнце . № 1765. Сидней. 24 января 1937 г. с. 13 . Проверено 10 марта 2017 г. - через Национальную библиотеку Австралии. , ...Виктор Каплан, изобретатель турбины Каплана....
- ^ Гидроэнергетический проект Токома (PDF) . ИМПСА (Отчет).
- ^ Грант Ингрэм (30 января 2007 г.). «Очень простая конструкция турбины Каплана» (PDF) .
- ^ «Малонапорная гидротурбина Каплана мощностью 1000 Вт» . Аврора Сила и Дизайн . Проверено 15 сентября 2015 г.
- ^ Энергетическая компания Джеймса Бэя (1996). Гидроэнергетический комплекс Гранд-Ривьер: Строительство второй очереди (на французском языке). Монреаль: Энергетическая компания Джеймса Бэя. п. 397. ИСБН 2-921077-27-2 .
- ^ Турбина ВЛХ
- ^ DIVE-Турбина
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Национальная историческая достопримечательность машиностроения Турбина Каплана , получена 24 июня 2010 г.
- Замечания по применению Bally Nevada по вибрации гидротурбин , получены 14 августа 2014 г.
- 3D-модель турбины Каплана , получено 10 февраля 2021 г.
| гидроэлектроэнергии Производство |  | |
|---|---|---|
| Гидроэнергетическое оборудование | ||