Каплан турбиналары төмөнкү ылдамдыктагы суу агымдарына кандайча ылайыктуу
Гидроэлектр станциялары (ГЭСтер) электр энергиясын өндүрүү үчүн суунун потенциалдуу жана кинетикалык энергиясын колдонушат. Бирок, бардык эле жерлерде чоң суу агымдары же тез агымдар боло бербейт. Көптөгөн дарыялар, сугат каналдары жана жапыз дамбалар салыштырмалуу төмөн ылдамдыктагы агымдары жана төмөн жана орто басымдары менен мүнөздөлөт. Мындай шарттарда турбинанын түрүн тандоо энергетикалык долбоордун натыйжалуу жана экономикалык жактан пайдалуу болорун аныктоочу фактор болуп саналат. Мындай сценарийлер үчүн эң белгилүү чечимдердин бири - бул көбүнчө төмөн ылдамдыктагы суу агымдары менен байланышкан төмөнкү басымдарда жана жогорку чыгымда натыйжалуу бойдон калуу үчүн атайын иштелип чыккан реакциялык турбина болгон Каплан турбинасы.
Төмөнкү ылдамдыктагы агымдын мүнөздөмөлөрүн түшүнүү
Жай агып жаткан суулар, адатта, түздүктөгү аймактарда же бир аз жантайыңкы дарыяларда кездешет. Бул жерлерде жогорку жана төмөнкү агымдардын ортосундагы бийиктик айырмасы аз, ошондуктан жеткиликтүү басым жана потенциалдык энергия тоолордогу гидроэлектр станцияларына караганда төмөн. Ошого карабастан, бул аймактарда көп учурда чоң жана туруктуу чыгымдоолор болот, айрыкча чоң дарыялардан же сугат каналдарынан төмөнкү агымда. Негизги кыйынчылык - "тынч" агымдан келген энергияны генераторду иштетүүгө жетиштүү күчтүү механикалык айланууга айландыруу.
Дал ушул жерде Каплан турбинасы өзүнүн артыкчылыгын көрсөтөт: импульстук турбина (мисалы, Пелтон) сыяктуу жогорку басымдагы суу агымынын ылдамдыгына таянгандын ордуна, Каплан моментти түзүү үчүн турбинанын корпусундагы (спираль корпусу жана чуркоочу) басым менен агымдын айкалышын колдонот.
Каплан турбинасы деген эмне?
Каплан турбинасы - октук агымы бар реакциялык типтеги суу турбинасы — суу турбинанын огуна параллель агат. Анын жүрүүчүсү кеменин пропеллерине окшош, бирок технологиясы алда канча татаал. Капландын негизги уникалдуу өзгөчөлүгү - анын өзгөрүлмө кадамдуу жүрүүчү калактары жана жөнгө салынуучу жетектөөчү канаттары (капитал дарбазалары). Бул кош түзүлүш Капланды агым ылдамдыгынын жана басымынын өзгөрүшүнө абдан ыңгайлашкан кылат.
Жалпысынан алганда, Kaplan төмөнкү басым диапазондорунда (көбүнчө долбоорго жараша 2–30 метрдин тегерегинде) жана жогорку агым ылдамдыктарында колдонууга ылайыктуу. Бул, айрыкча, төмөнкү ылдамдыктагы агымдарда көп кездешет, анткени жогорку басымсыз жогорку кубаттуулукка жетүү үчүн система агымдын көлөмүнө таянышы керек.
Эмне үчүн Каплан төмөнкү ылдамдыктагы агымдарда натыйжалуу?
1. Төмөнкү башы жана чоң разряд үчүн иштелип чыккан
Гидравликалык кубаттуулукту байланыш аркылуу жөнөкөй түшүнүүгө болот: кубаттуулук чоң разряд (Q) жана/же басым (H) менен көбөйөт. Төмөнкү ылдамдыктагы агымдарда H адатта кичинекей болот. Ошондуктан, разрядды максималдуу пайдалануу акылга сыярлык стратегия болуп саналат. Каплан турбинасы чоң көлөмдөгү суунун салыштырмалуу аз жоготуулар менен агышына мүмкүндүк берген геометрияга жана агым каналына ээ.
Kaplan рюнтеринин диаметри чоң жана жайыраак агымдардан энергияны кармап калууга жөндөмдүү. Бул суу жогорку ылдамдыкта кыймылдабаган учурда да, турбина жетиштүү моментти өндүрө аларын билдирет.
2. Натыйжалуулукту сактоо үчүн жүгүргүчтүн бычагын бурчка коюуга болот.
Көптөгөн дарыя системаларында чыгым жыл мезгилдерине жараша өзгөрүп турат. Эгерде турбина адаптацияланбаса, чыгым аз болгондо же басым өзгөргөндө натыйжалуулук кескин төмөндөйт. Каплан турбинасында чуркоочу пышактарды айландырып, суунун агымына карата чабуул бурчун тууралоого болот. Бул маанилүү, анткени чабуулдун туура бурчу төмөнкүлөргө таасир этет:
- турбуленттүүлүктү азайтуу,
- энергия жоготууларын азайтуу,
– агымда токтоп калуудан алыс болуңуз,
- ар кандай иштөө шарттарында натыйжалуулукту сактоо.
Бул мүмкүнчүлүк Kaplanды жөнөкөй пропеллер турбиналарынан (бекитилген калактар) жогору турат, алар адатта бир гана иштөө чекитинде оптималдуу.
3. Капитал дарбазасы агымды жылмакай жөнгө салат
Капланда чуркоочу бычакты жөндөөдөн тышкары, чуркоого кирген суунун көлөмүн жөнгө салуу үчүн ачылып-жабылуучу дарбазалар да бар. Агымдын төмөн ылдамдыгында агымдын башкаруусу турбинанын айлануусун жана генератордун кубаттуулугун туруктуу кармап туруу үчүн абдан маанилүү. Дарбазалар агымды чуркоого туура багыттаганга жардам берет (керексиз айланууну минималдаштырат), ошону менен суунун энергияны пайдалануусун максималдуу түрдө жогорулатат.
Дарбаза дарбазасы менен винттин бычагын башкаруунун айкалышы көбүнчө кош жөнгө салуу деп аталат жана бул Капландын төмөнкү басымдагы дарыяларда пайда болгон тез-тез чыгымдоо өзгөрүүлөрү менен күрөшүүдөгү "негизги куралы".
4. Октук агым энергиянын жоголушун минималдаштырат
Каплан турбинасы сууну ок боюнча, салыштырмалуу "түз" багытта агат. Жөнөкөй агым жолу багыттын кескин өзгөрүшүнөн улам жоготууларды азайтат. Чектелген энергия шарттарында (төмөн басым) ар кандай жоготуулар олуттуу болуп калат. Капландын дизайны суунун басымын жана ылдамдыгын механикалык энергияга эң натыйжалуу айландырууну камсыз кылууга умтулат.
Мындан тышкары, розеткада тартуу түтүгүн колдонуу калган басым/ылдамдык энергиясынын бир бөлүгүн калыбына келтирүүгө жардам берет, бул жалпы натыйжалуулукту жогорулатат. Төмөнкү ылдамдыктагы жерлерде тартуу түтүгү аркылуу энергияны калыбына келтирүү баа жеткис.
Башка турбиналар менен кыскача салыштыруу
Каплан Пелтонго каршы
Пельтон турбиналары жогорку басымдарда, төмөнкү агым ылдамдыктарында жана жогорку ылдамдыктагы агымдарда мыкты иштейт. Төмөнкү агым ылдамдыктарында жана төмөнкү басымдарда Пельтон турбиналары идеалдуу эмес, анткени аларда күчтүү агым түзүү үчүн жетиштүү басым жок. Каплан турбиналары көбүрөөк ылайыктуу, анткени алар чоң көлөмдөгү агымдарды колдонуп, реакция турбиналары катары иштешет.
Каплан Фрэнсиске каршы
Фрэнсис турбиналары, адатта, орточо басымдар үчүн ылайыктуу. Төмөнкү басымдарда Фрэнсис турбиналары иштей алат, бирок көбүнчө Каплан турбиналары сыяктуу натыйжалуу эмес, айрыкча агым ылдамдыгы өзгөрүп турганда. Каплан турбиналары, адатта, төмөнкү басымдагы долбоорлор үчүн артыкчылыктуу тандоо болуп саналат.
Каплан vs Кроссфлоу
Кайчылаш агымдуу турбиналар жөнөкөй түзүлүшү, арзан баасы жана кирге чыдамдуулугу менен кичинекей масштабдарда кеңири колдонулат. Бирок, алардын натыйжалуулугу, адатта, жогорку агымдуу колдонмолор жана жогорку натыйжалуулукту талап кылган операциялар үчүн Каплан турбиналарына караганда төмөн. Максат жогорку кубаттуулук жана максималдуу натыйжалуулук болгондо, Каплан турбиналары көп учурда артыкчылыкка ээ болушат.
Каплан турбинасынын төмөнкү ылдамдыктагы агымда колдонулушу
Каплан турбиналары төмөнкүлөрдө кеңири колдонулат:
– Төмөнкү дарыялардагы дарыя агымы менен гидроэнергетика (чоң суу сактагычтары жок),
– жапыз плотина (жапыз плотина),
– туруктуу агынды суулары бар сугат каналдары,
– көлөмү кичинекей, бирок агымы мол болгон ири масштабдагы микрогидроэнергетикалык долбоорлор.
Заманбап кайра жаралуучу энергиянын контекстинде Капландын ыкмасы дагы актуалдуу, анткени ал мурда жогорку басымдын жоктугунан улам анча келечектүү эмес деп эсептелген жерлерди пайдаланууга мүмкүндүк берет. Туура пландаштыруу менен, "тынч" дарыялар да бир топ көлөмдөгү электр энергиясын өндүрө алат.
Көңүл буруу керек болгон кыйынчылыктар жана нерселер
Төмөн ылдамдыктагы агымдар үчүн идеалдуу болгону менен, Каплан турбинасы өзүнүн кыйынчылыктарынан куру эмес:
1. Механикалык татаалдык: чуркоочу бычактардагы кадамды башкаруу системасы кыймылдуу компоненттерди жана техникалык тейлөө талаптарын кошот.
2. Баштапкы баасы: өндүрүштүн тактыгына жана башкаруу системаларына байланыштуу жөнөкөй турбиналарга караганда, адатта, кымбатыраак.
3. Кавитация: төмөн басымдарда жана белгилүү бир иштөө шарттарында кавитация коркунучу пайда болушу мүмкүн, андыктан өткөргүчтү, басымды жана тартуу түтүгүнүн дизайнын кылдаттык менен эсептөө керек.
4. Суунун сапаты: чөкмө, таштанды жана абразивдүү материалдар бычактардын жана тетиктердин эскиришин тездетиши мүмкүн, андыктан чыпкалоо системасы (таштанды текчеси) жана чөкмөлөрдү башкаруу зарыл.
Бирок, көптөгөн долбоорлордо Kaplan компаниясынын натыйжалуулук артыкчылыктары жана адаптациялоо мүмкүнчүлүктөрү жыл бою туруктуураак жана жогорку энергия өндүрүү аркылуу бул кошумча чыгымдарды компенсациялай алат.
Корутунду
Каплан турбинасы төмөнкү ылдамдыктагы суу агымдарына ылайыктуу, анткени ал төмөнкү басымдарда жана жогорку чыгымда оптималдуу иштөө үчүн иштелип чыккан, бул эки шарт көбүнчө түздүктөгү дарыя агымдары менен коштолот. Анын натыйжалуулугу октук агымдын дизайны, тартуу түтүктөрүн колдонуу жана кош жөнгө салуунун негизги артыкчылыгы менен колдоого алынат: дарбазалар чыгымды жөнгө салат жана жөнгө салынуучу чуркоочу бычактар ар кандай шарттарда идеалдуу чабуул бурчун сактайт. Ошентип, Каплан өтө тез эмес, бирок көлөмү боюнча көп суу агымдарынын энергетикалык потенциалын максималдуу түрдө жогорулатуу үчүн ишенимдүү тандоо болуп саналат — бул таза жана туруктуу гидроэнергетика өндүрүү мүмкүнчүлүктөрүн кеңейтүүгө жардам берет.
Кааласаңыз, мен бул макаланы техникалык жактан (кубаттуулук, натыйжалуулук жана көрсөткүчтөрдүн ийри сызыгынын формулалары менен) же жалпы окурмандар үчүн популярдуураак кылып ылайыкташтыра алам, ошондой эле белгилүү бир дарыялар боюнча Каплан гидроэнергетикасынын мисалдарын кошо алам.
