Eine Kaplan-Turbine ist eine hydraulische Propellerturbine vom Typ „Reaktion“, die 1912 vom österreichischen Ingenieur Viktor Kaplan erfunden wurde .
Er eignet sich für niedrige Stürze von 2 bis 25 Metern Höhe und sehr große Abflüsse von 70 bis 800 m 3 / s .
Die Kaplanturbine unterscheidet sich von anderen Propellerturbinen durch ihre ausrichtbaren Schaufeln, deren Steigung während des Betriebs variiert werden kann. Dies ermöglicht eine hohe Energieeffizienz für variable Wasserdurchflussmengen. Sein Wirkungsgrad liegt normalerweise zwischen 90% und 95%.
Die Kaplan-Turbine ist eine technische Weiterentwicklung der Francis-Turbine . Seine Erfindung ermöglichte eine effiziente Stromerzeugung, als die Francis-Turbine nicht verwendet werden konnte. Die Durchmesser können zwischen 2 und 11 Metern variieren mit einem Drehzahlbereich der Turbine, der von 50 bis 250 U/min variieren kann , für eine installierte Leistung von bis zu 250 MW .
In 1910 , dem österreichischen Ingenieur Viktor Kaplan , lebt in Brno , Tschechoslowakei , ein anderes Modell der Turbine, um zu reagieren auf die schlechte Leistung der vorgeschlagenen Francis - Turbine , im Falle eines Sturzes aus geringer Höhe. Diese Turbine mit vertikaler Achse, mit einem spiralförmigen Rotor, hat Blätter mit variabler Steigung. Zwischen 1912 und 1913 meldete er vier österreichische Patente für seine wichtigsten Erfindungen an:
Die erste Kaplan-Turbine wurde 1918 gebaut , dann von der Firma Stahlhütte Ignas Storek in Brünn hergestellt und 1919 in einer Demonstrationsanlage in Poděbrady , Tschechoslowakei , installiert .
Die zweite Turbine ist in einer Textilfabrik (gehört zur Familie von Viktor Kaplan), in Velm-Götzendorf , Österreich , mit einer Leistung von 25,8 PS für eine Fallhöhe von 2,3 Metern und einer Drehzahl von 800 Umdrehungen / min installiert ( dieser wird bis 1955 funktionieren und ist seitdem im Museum für Technik in Wien , Österreich , sichtbar ). Viktor Kaplan musste jedoch 1922 seine Forschungen aus gesundheitlichen Gründen einstellen.
In 1922 , das deutsche Unternehmen Voith installierte Kaplan - Turbinen in den Flüssen mit einer Leistung von 800 kW . Die Entwicklung von Kaplan-Turbinen wurde jedoch 1926 aufgrund des Auftretens des zerstörerischen Phänomens der Kavitation während des Betriebs der Turbine gestoppt .
In 1926 löste eine schwedische Firma , das Problem, die Schaffung eines hydraulisch gesteuerten Kraftlenkvorrichtung eine dynamische Anpassung des Drehwinkels der Rotorblätter erlaubt, vor Kavitation erschienen. Im selben Jahr , eine Rotorturbine mit einem Durchmesser von 5,8 Metern und eine Leistung von 10.000 PS für eine Fallhöhe von 6,5 Metern wurde installiert Lilla Edet , Schweden .
Cutaway (Firma Voith)
Die Drehzapfen an der Basis der Klinge ermöglichen die dynamische Änderung des Drehwinkels, um das Auftreten von Kavitationserscheinungen zu vermeiden. Die Nabe enthält die Hydraulikzylinder, die diese dynamische Anpassung ermöglichen (Wasserkraftwerk in Plave, nördlich von Nova Gorica , Slowenien )
Kaplanturbine im Technischen Museum in Wien , Österreich Vienna
Kaplan-Turbinen werden heute weltweit häufig bei hohem Durchfluss oder geringer Fallhöhe eingesetzt.
Beim Einsatz einer Turbine kann es zu vorzeitiger Erosion durch Kavitation kommen . Dies kann zur vorzeitigen Abschaltung der betroffenen Turbine führen, um schwere Wartungs- und Reparaturarbeiten durchführen zu können, aber auch erhebliche wirtschaftliche Folgen (Produktionsstillstand, Wartungskosten vor Ort oder schwere Reparaturen in der Werkstatt etc. . ). Kavitation wird auch von einem Abfall des Wirkungsgrades der Turbine oder der absorbierten Höhe durch eine Erzeugung von Vibrationen der mechanischen Struktur begleitet, die von einem intensiven Geräusch begleitet werden.
Die hydraulische Ausrüstung französischer Kraftwerke, die der Staat EDF oder ihren Tochtergesellschaften zur Verfügung stellt, ist in 447 Wasserkraftwerken vorhanden. Dort sind insbesondere Kaplanturbinen und deren Komponenten (Rotoren, Leitschaufeln, Schaufeln, Heber, Ventile, Hähne, Lager usw. ) zu finden. Alle Elemente der hydraulischen Ausrüstung werden von einer internen EDF-Einheit, dem Hydraulischen Reparaturservice , gewartet und gewartet , der Metalloberflächenbearbeitungen durch Schweißen, Schleifen zur Umformung entweder in der Werkstatt oder vor Ort durchführt. , sowie Bearbeitungsarbeiten.
Eine Weiterentwicklung der Kaplanturbine ist die Kolbengruppe.
Diese 3 Patente wurden vom Schweizer Turbinenhersteller Escher Wyss in Zürich erworben . Das letzte Patent genehmigt am15. Oktober 1934, wird von Arno Fisher betrieben, der in August 1936, nimmt zwei Lampengruppen mit einer Leistung von 168 kW in Röstín , in Pommern , (derzeit in Polen ), an der Parsęta in Betrieb, die bisJanuar 1942.
1950 begann die industrielle Entwicklung . In Frankreich wurde es 1960 mit dem Gezeitenkraftwerk Rance eingeweiht26. November 1966, dass die Stromerzeugung mit einem Satz von 24 Lampengruppen mit einer Blockleistung von 10 MW oder einer installierten Leistung von 240 MW begonnen hat . In Südkorea ist das Gezeitenkraftwerk Sihwa , das mit einem Satz von 10 Lampengruppen mit einer Einheitsleistung von 25,4 MW oder einer installierten Leistung von 254 MW ausgestattet ist, die leistungsstärkste Anlage in diesem Typ der Welt, daAugust 2011.
Bei diesem Maschinentyp sind Turbine und Generator entlang einer horizontalen Achse gekoppelt, innerhalb einer profilierten Hülle, die in den Wasserstrom eingetaucht ist. Diese Anordnung, die den Vorteil hat, der Strömung einen geradlinigen Verlauf zu geben, eignet sich besonders für sehr geringe Tropfen und hohe Strömungsgeschwindigkeiten.
Diese technologische Entwicklung hat die Verbesserung des hydraulischen Durchflusses ohne Richtungsänderung, somit eine Steigerung der Effizienz sowie eine Reduzierung der Abmessungen und damit eine Reduzierung der Kosten ermöglicht, was weltweit zu seiner Entwicklung beigetragen hat. In Frankreich findet man die wichtigsten Pflanzen, ausgestattet in Zwiebelgruppen, im Rhonetal , an der Isère , am Tarn , an der Mosel , an der Truyère , an der Dordogne , am Rhein , am Lot oder an der on Garonne .
Die höchste von einer Lampengruppe erreichte Leistung beträgt 60 MW .
Die Kolbengruppe ist aufgrund der axialen Strömung und der Symmetrie der stromauf- und stromabwärtigen Zuführung von Natur aus reversibel und kann in beiden Strömungsrichtungen als Pumpe oder als Turbine arbeiten. Dies ist beispielsweise bei Gezeitenkraftwerken tideabhängig der Fall und wird durch die Ausrichtung der Schaufeln ermöglicht.
Eine wichtige Rolle spielt der Verteiler (festes Gitter bestehend aus einem beweglichen Flügel mit 20 Führungslinien) vor dem Propeller. Es ermöglicht die Verwendung der Fallhöhe, um die Flüssigkeit durch die Führungslinien zu zwingen, die so ausgerichtet sind, dass ein Wirbel erzeugt wird . Die potentielle Höhenenergie wird somit in Tangentialgeschwindigkeit (die im besten Fall zu 60 % der axialen Geschwindigkeit des Fluids addiert wird) umgewandelt.
Im Reversierbetrieb befindet sich der Verteiler nicht mehr vor, sondern hinter dem Propeller, was eine Wirkungsgradreduzierung in der Größenordnung von 10 % bewirkt. Der Verteiler spielt seine Rolle nicht mehr und die Führungsschienen müssen in vollständig geöffneter Position verriegelt und verriegelt werden.
Die Turbine " Very Low Head " ( VLH Turbine oder Very Low Head Turbine, 2003 patentiert ): Turbinentyp (Evolution der Kaplan-Turbine mit variabler Öffnung), entwickelt zum Schutz der Umwelt und insbesondere der Wildfischerei (stromabwärts liegende Lachse, stromabwärts) Aale, Forellen, Cypriniden alle Fischarten usw.), in Flüssen oder Bächen.
VLH-Turbinen zeichnen sich aus durch:
Diese VLH-Turbinen werden in Frankreich von der Firma MJ2 Technologies entwickelt und hergestellt und berücksichtigen:
„Kleine Wasserkraft“ weist ein relativ großes Potenzial auf, das in Frankreich auf 1.000 MW Leistung geschätzt wird (Quelle: Observatory of Renewable Energies (Observ'ER)).