Что такое турбина Каплана и как она работает?

Kaplan Turbine — это турбина с поворотным механизмом и настраиваемыми ребрами. Эта турбина была изготовлена в 1913 году Виктором Капланом, который был австрийским профессором. В своей разработке он объединил сбалансированные режущие кромки пропеллера и сбалансированные калитки. Это позволило добиться эффективности в широком диапазоне потока воды.

Турбину Каплана часто называют турбиной с пропеллером или усовершенствованной турбиной Фрэнсиса. Она предназначена для эффективной работы при низком напоре и высокой скорости потока. Это невозможно для турбины Фрэнсиса. Рабочий диапазон напора, при котором турбина Каплана работает более эффективно, составляет от 10 до 70 м.

Поскольку это ответная турбина, то сила потока выходящей воды используется для поворота механизма турбины Каплана. Когда вода движется через изогнутые острые кромки, создается воронка, приводящая в движение другой механизм, выходящий из воды. Этот подъемный механизм заставляет режущие кромки поворачиваться.

Основные части

1. Кожух прокрутки

Кожух представляет собой извилистую шахту, имеющую уменьшающуюся площадь поперечного сегмента. Вода сначала поступает в пергаментную упаковку, а затем проходит через нее к направляющим лопаткам, а затем —  к острым краям спринтера. Кожух защищает спринтер, острые края спринтера, прямые лопатки и другие внутренние части турбины от внешних повреждений.

2. Направляющие лопасти и механизм

Направляющие лопасти используются для легкого направления воды к режущим кромкам спринтера, уменьшая скорость его вращения. Лопасти настраиваются в турбине Каплана. Открытие и закрытие направляющего механизма зависит от потребности в интенсивности работы турбины. Если возникает необходимость в большем количестве выходной мощности, он открывается, создавая более широкий просвет и позволяя большему количеству воды попадать на края ротора. Когда требуется низкая выходная мощность, он закрывается, чтобы остановить поток воды.

3. Вал и его лопасти

Вал — это вращающаяся часть турбины или ядро турбины Каплана. Его полюс связан с полюсом генератора. Вал этой турбины имеет рабочее колесо, к которому прикреплены его острые лопасти. Края являются гибкими для большей экстремальной мощности. Режущие кромки турбины Каплана имеют искривление вдоль своей длины.

4. Отсасывающая труба

Это цилиндр, который используется для наращивания веса жидкости или воды, которая покидает турбину. Имеет расширяющуюся зону поперечного сегмента. Отсасывающая труба используется только в ответной турбине. Ее наличие увеличивает объем воды, которая покидает острые лопасти вала. Так как вода на выходе из турбины имеет малый вес (если ее вес не увеличивается) и происходит обратное движение воды в виде вихря, который может повредить турбину. Таким образом, чтобы увеличить вес воды на выходе, используется вытяжная труба.

Принцип работы турбины

Вода из труб поступает в кожух турбины. Направляющие лопасти транспортируют воду из кожуха к острым краям вала. Лопасти являются подвижными и могут менять направление сами, в зависимости от скорости потока. Когда вода движется по острым лопастям, она начинает менять направление. Из острых краев вала вода поступает в вытяжную трубу, где уменьшается ее вес и скорость потока. Наконец вода сбрасывается. Вращение лопастей за счет потока воды приводит в действие генератор, вырабатывающий электричество. Турбина Каплана относится к числу мощных и не затратных устройств для выработки энергии.