Каплан турбинасы: Төмөн ылдамдыктагы суу агымы үчүн эң жакшы чечим
Гидроэлектростанциялар дүйнөсүндө (ГЭЭ) бардык эле жерлерде дарыялардын тез агышы же суулардын деңгээлинин жогору болушу байкала бербейт. Көптөгөн аймактарда суу агымы салыштырмалуу жай, бирок алардын чыгымы жыл бою көп жана туруктуу болот. Дал ушундай шарттарда Каплан турбинасы абдан маанилүү тандоого айланат. Бул турбина төмөнкү ылдамдыктагы суу агымын төмөнкү жана орточо басым менен колдонуунун эң натыйжалуу технологияларынын бири катары белгилүү, бул аны түздүктөгү дарыялар жана сугат каналдары сыяктуу ар кандай аймактарда колдонууга ылайыктуу кылат.
Каплан турбинасы менен таанышуу
Каплан турбинасы - бул суунун басымынын жана агым ылдамдыгынын өзгөрүшүн колдонуп, чуркоочу дөңгөлөктү (турбинанын дөңгөлөгүн) айландыруу менен иштеген реакция турбинасынын бир түрү. Бул турбинаны алгач Виктор Каплан 20-кылымдын башында иштеп чыккан. Капландын дизайнынын негизги артыкчылыгы чуркоочу дөңгөлөктүн пропеллер сымал формасы жана жөнгө салынуучу бычак бурчу болуп саналат. Кычак бурчун өзгөртүү мүмкүнчүлүгү турбинага суунун агымынын өзгөрүшүнө карабастан жогорку натыйжалуулукту сактоого мүмкүндүк берет.
Жалпысынан алганда, Каплан турбиналары төмөнкү басымдагы (болжол менен 2–30 метр) жана жогорку разряддагы гидроэлектростанцияларда кеңири колдонулат. Жогорку басымдарга ылайыктуу Пелтон турбиналарынан же орточо басымдарга ийкемдүү Фрэнсис турбиналарынан айырмаланып, Каплан турбиналары анча ылдам эмес агымдарда энергия потенциалын максималдуу түрдө жогорулатуу үчүн "багытталган".
Каплан турбинасынын иштөө принциби
Каплан турбинасынын иштөө принциби суу турбинанын корпусуна калканч же кирүүчү канал аркылуу куюлганда башталат. Андан кийин суу агым ылдамдыгын жөнгө салуучу жана агымды туура бурчта багыттаган калканчтар (багыттоочу калактар) аркылуу өтөт. Андан кийин суу жүгүрткүчкө урунуп, анын айланышына алып келет.
Капланды кадимки пропеллер турбинасынан айырмалап турган нерсе - бул эки башкаруу механизминин болушу:
1. Дарбазаны орнотуу: кирген суунун көлөмүн көзөмөлдөйт.
2. Жүгүргүч бычактын бурчун жөндөө: бычактын бурчун агымдын багыты үчүн ар дайым оптималдуу кылып өзгөртүү.
Бул айкалыш, кош жөнгө салуу деп аталган, Каплан турбинасын дарыянын агымы сезондук же эксплуатациялык шарттарга байланыштуу өзгөрүп турганда өзгөчө мыкты кылат.
Жургучту айландыргандан кийин, суу тартуу түтүгү аркылуу чыгат. Тартуу түтүгү басым энергиясынын бир бөлүгүн калыбына келтирүүгө жардам берет жана турбинанын жалпы натыйжалуулугун жогорулатат. Бул система басымды калыбына келтирбеген конструкцияларга салыштырмалуу суу энергиясын максималдуу пайдаланууну камсыз кылат.
Эмне үчүн Каплан турбинасы төмөнкү ылдамдыктагы агымдарга ылайыктуу?
Суунун төмөнкү ылдамдыктагы агымы, адатта, төмөнкү басым менен байланыштуу. Төмөнкү басымда суунун потенциалдык энергиясы анча жогору эмес, андыктан көп көлөмдөгү суудан (чыгындыдан) жогорку кубаттуулукту өндүрө алган система талап кылынат. Каплан турбинасы дал ушул үчүн иштелип чыккан.
Капландын бул шарттарда мыкты болушунун негизги себептеринин айрымдары:
– Төмөнкү басымда жогорку натыйжалуулук: Kaplan жогорку натыйжалуулукка жетише алат (көбүнчө долбоорлоо шарттарында >90%), анткени анын дизайны энергия жоготууларын азайтат.
– Чоң разрядда оптималдуу: разряд канчалык чоң болсо, каналдын жана өткөргүчтүн дизайны ылайыктуу болсо, Kaplan ошончолук натыйжалуу иштейт.
– Жүктүн өзгөрүшүнө туруктуу: кош жөнгө салуу механизми разряд өзгөргөндө турбинанын туруктуу жана натыйжалуу бойдон калышына жардам берет.
Ошентип, кайсы бир жерде дарыя кең, агымы туруктуу болгондо, бирок шаркыратмалар же бийиктик айырмачылыктары жок болгондо, Каплан көбүнчө эң үнөмдүү жана техникалык чечим болуп саналат.
Каплан турбинасынын негизги компоненттери
Капландын ишин түшүнүү үчүн анын негизги компоненттерин таануу маанилүү:
1. Жумушчу (турбинанын пропеллери)
Адатта, анын өлчөмүнө жана муктаждыктарына жараша 3төн 6га чейин бычактары болот. Бычактар бурчту тууралоо үчүн өз огунун айланасында айлана алат.
2. Дарбаза/жол көрсөткүч
Суунун агымын көзөмөлдөп, аны агып өтүүчү агымга багыттаган бир катар жетектөөчү канатчалар.
3. Чыгаруу түтүгү
Агып чыгууну жайлатуучу жана кинетикалык энергияны басым энергиясына айландыруучу, ошону менен натыйжалуулукту жогорулаткан канал.
4. Вал
Жургучту генераторго туташтыруу. Ал вертикалдуу же горизонталдуу болушу мүмкүн, бирок вертикалдуу модель чоң кубаттуулуктар үчүн көбүрөөк колдонулат.
5. Башкаруу жана аткаруучу системалар
Генератордун разрядына жана жүктөмүнө жараша чуркоочу бычактардын жана дарбаза дарбазасынын кыймылын автоматтык түрдө жөнгө салат.
Каплан турбинасынын артыкчылыктары
Kaplan турбинасы белгилүү бир шарттар үчүн "чемпион" катары белгилүү. Аны популярдуу тандоого айландырган айрым артыкчылыктары:
- кеңири иштөө диапазонунда жогорку натыйжалуулук
Жүгүрткүчтүн калактарын тууралоого мүмкүн болгондуктан, турбина ар кандай агым ылдамдыктарында натыйжалуу бойдон калат.
– Ири жана чакан ГЭСтер үчүн ылайыктуу
Каплан чоң дамбалар үчүн гана эмес; кичирээк масштабдуу версияларын сугат каналдарына же шлюз дарбазаларына колдонсо болот.
- Жүктөөнүн өзгөрүшүнө тез жооп кайтаруу
Башкаруу системасы турбинанын электр энергиясына болгон суроо-талаптын өзгөрүшүнө туруктуу түрдө ыңгайлашуусуна мүмкүндүк берет.
– Аз агымдарга көбүрөөк ыңгайлуу
Башка турбиналарга салыштырмалуу, Kaplan азыраак тез агып жаткан суудан көбүрөөк энергияны "сыгып алат".
Кыйынчылыктар жана кемчиликтер
Артыкчылыктарына карабастан, Kaplan Turbine бир катар кыйынчылыктарга ээ:
- Баштапкы чыгымдар салыштырмалуу жогору
Бычакты жөнгө салуунун татаал механизми жана башкаруу системасынын болушуна байланыштуу.
– Татаалыраак тейлөө
Көбүрөөк кыймылдуу бөлүктөр үзгүлтүксүз текшерүүнү, майлоону жана калибрлөөнү талап кылат.
– Туура эмес долбоорлонгон/иштетилген учурда кавитацияга дуушар болушу мүмкүн
Төмөнкү басымда буу көбүкчөлөрү пайда болуп, бычактын беттерине зыян келтириши мүмкүн. Ошондуктан, түтүктүн дизайнын жана иштөө жөндөөлөрүн кылдаттык менен карап чыгуу керек.
- Жогорку сапаттагы жасалгалоону талап кылат
Ошентип, бычак так кыймылдай алат жана коррозияга жана эрозияга туруктуу болот.
Бирок, жогорку разряддуу жана төмөнкү басымдуу долбоорлордо узак мөөнөттүү натыйжалуулук жана энергия өндүрүү боюнча пайда көп учурда жогорку баштапкы чыгымдардан ашып түшөт.
Каплан турбинасынын талаада колдонулушу
Каплан турбиналары төмөнкүлөрдө кеңири колдонулат:
– Төмөнкү дарыялардагы дарыя агымы менен суу электр станциялары (чоң суу сактагычтарсыз).
– Башы кичинекей, бирок көп суу агуучу дамба.
– Сугат каналдарындагы чакан гидроэлектростанциялар долбоору.
– Туруктуу агымы бар эстуарийлердин же каналдардын жанындагы электр станциялары.
Индонезиянын көптөгөн ири дарыялары жана кеңири сугат тармагы бар шартында, Каплан турбиналарын колдонуу мүмкүнчүлүгү, айрыкча алыскы аймактарды аз, бирок туруктуу агымды колдонгон мини-ГЭСтер менен электрлештирүү үчүн абдан чоң.
Корутунду
Kaplan турбиналары, айрыкча, төмөнкү жана орто басымдагы жана жогорку разряддагы системаларда, төмөнкү ылдамдыктагы суу агымдары үчүн эң сонун чечим болуп саналат. Жөнгө салынуучу чуркоочу конструкциясы жана кош жөнгө салуу механизми менен Kaplan турбиналары ар кандай иштөө шарттарында жогорку натыйжалуулукту сактай алат. Курулуш жана техникалык тейлөө чыгымдары башка турбина түрлөрүнө караганда жогору болгону менен, алардын узак мөөнөттүү иштеши көп учурда инвестицияны актады.
Акыр-аягы, гидроэнергетика үчүн турбинаны тандоо бирдиктүү ыкма эмес; ал басымды, чыгымды, сезондук өзгөрүүлөрдү жана кубаттуулукка болгон талаптарды эске алышы керек. Бирок, орточо, бирок мол суу агымы болгондо, Каплан турбинасы дээрлик ар дайым эң логикалуу жана натыйжалуу чечим катары чыгат.
