Kaplan Turbine

Abbildung 1. Eine Kaplanturbine.

Eine Kaplanturbine ist eine Art Propellerwasserturbine (speziell eine Reaktionsturbine), die in Wasserkraftwerken verwendet wird. Wasser strömt sowohl in als auch aus Kaplanturbinen entlang seiner Rotationsachse (Axialströmung). Das Besondere an Kaplan-Turbinen ist, dass die Schaufeln bei Bedarf ihren Winkel ändern können, um einen maximalen Wirkungsgrad für unterschiedliche Wasserdurchflussraten aufrechtzuerhalten. Wasser, das durch eine Kaplanturbine fließt, verliert Druck, dies bedeutet, dass eine Kaplanturbine eine Reaktionsturbine ist (ähnlich einer Francis-Turbine).

Die Fläche, in die Wasser in diese Turbinen eindringen kann, ist groß und entspricht der gesamten Fläche, die die Schaufeln einnehmen. Die große Fläche der Kaplanturbinen macht sie am nützlichsten, wenn große Wassermengen fließen, und kann sogar in Staudämmen mit relativ niedriger Förderhöhe eingesetzt werden. Dies ist besonders wichtig, da vor der Entwicklung der Kaplanturbine die meisten Turbinen nur für große Wasserhöhen geeignet waren. Viktor Kaplan entwarf diese Turbine aus dem Design von Schiffspropellern, und deshalb arbeiten sie im Wesentlichen umgekehrt als Propeller.

Entwurf

Abbildung 2. Beachten Sie, dass das Wasser einströmt und die Turbine den Generator dreht. Der Generator erzeugt dann Strom für das Netz.

Diese Turbinen müssen so ausgelegt sein, dass sie große Wassermengen durchströmen können, ohne sie zu beschädigen. Die Art und Weise, wie Kaplanturbinen konstruiert sind, unterscheidet sich geringfügig von anderen Turbinen. Diese Turbine ist viel einfacher. Es gibt einen Strömungskanal, der Wasser in radialer Richtung einführt, und spezialisierte Leitschaufeln – stationäre Schaufeln, die das Wasser abrupt lenken, so dass es in axialer Richtung in die Turbine eintritt. Die Turbine selbst ist mit mehreren Rotorblättern ausgestattet, die direkt an der zentralen Welle der Turbine befestigt sind. Diese Blätter werden mit beweglichen Gelenken befestigt, damit der Winkel geändert werden kann und garantieren, dass es maximale Leistungsfähigkeit für jede mögliche gegebene Strömungsgeschwindigkeit und Wasserkopf gibt.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Schaufeln dieser Turbine nicht flach sind, sondern sich leicht verdrehen, da sich der äußere Teil der Schaufel schneller bewegt als der innere Teil.

Betrieb

Die Art und Weise, wie Wasser durch eine Kaplanturbine bewegt wird, unterscheidet sich geringfügig von anderen Turbinen. Zunächst wird das Wasser radial von der Seite auf die Turbine gerichtet. Dies geschieht, weil sich der Generator normalerweise irgendwo entlang der Rotationsachse der Turbinen befindet. Stattdessen nehmen Leitschaufeln das Wasser schnell durch eine Neunzig-Grad-Drehung, so dass es axial auf die Schaufeln trifft. Diese Flügel leiten das Wasser nicht nur um, sondern sind auch so ausgerichtet, dass das Wasser eine angemessene Menge an „Wirbel“ erhält.

Das Wasser bewegt sich dann über die Blätter des Propellers und dreht ihn mit dem „Wirbel“ des Wassers. Diese Art von Turbine ist daher als Reaktionsturbine bekannt, da die Reaktionskraft aus dem Druck des Wassers auf den Propeller den Propeller zur Bewegung zwingt. Das Wasser verlässt die Turbine axial.

Weitere Informationen zum Betrieb von Kaplanturbinen finden Sie hier.

Weiterführende Literatur

• Francis-Turbine
• Peltonturbine
• Turgoturbine
• Wasserkraftwerk
• Staudamm
• Primärenergie
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