Что такое пропеллерная турбина Каплана?

Большинство разработанных ранее турбин были пригодны для больших напоров воды. С ростом спроса на электроэнергию ощущалась потребность в использовании энергии из источников с низким напором воды, таких как реки, текущие на малых высотах. Для таких применений с низким напором Виктор Каплан разработал турбину, похожую на гребные винты кораблей. Его работа просто обратна работе винтов. Турбина Каплана также называется турбиной пропеллера.

Конструкция турбины Каплана

Для выработки значительного количества энергии из небольших напоров воды с использованием турбины Каплана необходимо иметь большой расход через турбину. Турбина Каплана разработана, чтобы приспособить требуемые большие скорости потока. За исключением расположения лопастей, конструкция турбины Каплана очень похожа на турбину Фрэнсиса. Общий путь потока воды через турбину Каплана от радиального на входе до осевого на выходе. Подобно турбине Фрэнсиса, турбина Каплана также имеет кольцо фиксированных направляющих лопаток на входе в турбину.

В отличие от турбины Фрэнсиса, которая имеет направляющие лопатки на периферии ротора турбины (в случае турбины Фрэнсиса она называется бегуном), между направляющими лопатками и ротором турбины Каплана имеется проход. Форма прохода такова, что поток, поступающий в проход в радиальном направлении, вынужден течь в осевом направлении. Ротор турбины Каплана похож на гребной винт корабля. Лопасти ротора прикреплены к центральному валу турбины. Лопасти соединены с валом с помощью подвижных соединений, так что лопатки могут поворачиваться в зависимости от скорости потока и доступного напора воды.

Лопатки турбины Каплана не являются плоскими, как любая другая турбина с осевым потоком; вместо этого они разработаны с поворотом по длине, чтобы обеспечить закручивание потока на входе и осевого потока на выходе.

Рабочая турбина Каплана

Рабочий напор воды низкий, поэтому в турбине Каплана допускаются большие скорости потока. Вода поступает в турбину через направляющие лопатки, которые выровнены так, чтобы придать потоку подходящую степень завихрения, определяемую в соответствии с ротором турбины. Поток из направляющих лопаток проходит через изогнутый проход, который заставляет радиальный поток двигаться в осевом направлении с начальным завихрением, создаваемым входными направляющими лопатками, которое теперь имеет форму свободного вихря.

Осевой поток воды с компонентом завихрения прикладывает усилие к лопастям ротора и теряет свой импульс, как линейный, так и угловой, создавая крутящий момент и вращение (их произведение — сила) в валу. Схема производства гидроэлектростанций на турбине Каплана такая же, как и для турбины Фрэнсиса.

Back to Top