انواع توربین آبی 2
 |
توربین کاپلان (Kaplan Turbine)
توربین کاپلان اساساً برای سدهای با ارتفاع کم بوده و بنابراین همانند توربین فرانسیس برای داشتن خروجی مناسب، نیاز به مقدار زیادی آب برای چرخش دارد. این توربین واکنشی است و مثل توربین فرانسیس دارای مكانیزم ورود و جمع آوری آب می باشد، با این تفاوت که در توربین فرانسیس آب به صورت شعاعی وارد می شود اما در توربین کاپلان ورود آب به صورت محوری به پره ها می خورد.
در توربین کاپلان تنها 3 الی 6 پره وجود دارد که باعث کاهش مقاومت اصطكاک می شود. توربین کاپلان معمولا دارای کانال های ورودی و خروجی آب است. چون ارتفاع سد کم است نیاز به مقدار متناهی آب برای چرخش توربین است.
برای هدایت مقدار زیاد آب به قسمت محرک توربین دیواره های پوشش مارپیچ که در تماس با پره های هدایت کننده هستند به صورت دو دیوار منحنی شكل ساخته می شوند. راندمان توربین کاپلان در تمامی حالات 90 درصد می باشد.
توربین پروپلر (Propeller Turbine)
این توربین طوری طراحی شده است که محرک آن با آب به صورت محوری در تماس بوده و در آن زاویه پره ها در هنگام حرکت تغییر نمی یابد. ساختمان قسمت محرک آن طوری است که پره ها به صورت قالب بر روی یک توپی مستقر شده اند. راندمان این توربین در بار کامل 92 % و در نصف بار کامل 65 % است. چنین توربین هایی دارای منحنی راندمان پیک می باشند.
توربین کاپلان
مقایسه توربین های کاپلان و فرانسیس
1- توربین کاپلان از نظر ساختمان بسیار متراکم بوده و دارای سرعت دورانی بالا می باشد.
2- راندمان توربین کاپلان در بارهای کسری زیاد است.
3- جریان آب در توربین کاپلان کاملاً محوری و آسان بوده در حالی که در توربین فرانسیس جریان آب شعاعی و نسبتا مشکل است.
4- مقدار پره ها در توربین فرانسیس 16 عدد بوده در حالی که در توربین کاپلان فقط 4؛ 5 یا 6 عدد است.
5- کاهش مقدار پره ها در توربین کاپلان باعث کاهش اصطکاک مابین پره های آب شده و در نهایت افزایش راندمان را در پی دارد.
6- در توربین کاپلان پره های بر روی توپی یا بدنه محافظت می شوند.
7- با در نظر گرفتن ارتفاع سد ثابت سرعت توربین های کاپلان و پروپلر 2 الی 3 بار بیشتر از توربین فرانسیس می باشد. برا این اساس قطر قسمت محرک قابل افزایش بوده ولی به دلیل تولید انرژی و خروجی بیشتر از تعداد چرخ های توربین پرهیز می شود.
ارتباط ارتفاع سد با سرعت توربین
برای هر نوع توربین و سد مربوطه رابطه مشخص برای ارتفاع سد نسبت به توربین نیروگاه وجود دارد.
منحنی های زیر چنین رابطه ای را نشان می دهد و برای مطالعات اولیه و انتخاب های مقدماتی مفید می باشند. منحنی ها نشان می دهند که توربین Pelton در ارتفاعات90 متر تا 1100 متر و در سرعت 10 تا 40 دور بر دقیقه (r.p.m) مناسب می باشد.
برای توربین فرانسیس ارتفاع 14 تا 300 متر و سرعت 95 تا 440 دور بر دقیقه مناسب است
برای توربین کاپلان ارتفاع 3 تا 30 متر و سرعت 550 تا 830 دور بر دقیقه مناسب است.
مقایسه بین انواع مختلف توربین ها
سرعت rpm | ارتفاع m | Classification | توربین |
10-40 | 90-1100 | ضربه ای | Pelton |
400 - 95 | 300 - 14 | واکنشی | Francis |
830 - 550 | 30 - 3 | واکنشی | Kaplan |
حباب ها (Cavitations)
با ارسال آب به سمت توربین ها توسط لوله ها و چرخش توربین، آب به مسیر برگشتی خود ارسال می شود.
اگر در هر نقطه ای فشار آب به حد فشار بخار برسد، بسته های بخار یا حباب ها تشکیل می شود که در مسیر عبور آب حرکت می کنند و این کار باعث افزایش فشار بخار و متراکم شدن بخار می شود.
معمولاً چنین عملکردی باعث می شود تا شکست سیال اتفاق افتاده و در اثر ضربه آب و نویز صدا تولید می گردد. فشار آب همچنین باعث صدمه رسیدن به سطوح مورد تماس یافته با آب می شود. در عمل ملاحظه می شود که معمولاً در نقاط زیر حفره تشکیل می شود:
1- قسمت های فوقانی دیواره های لوله
2- قسمت های تحتانی سطل های توربین پلتن
3- در نزدیکی نوک شیرهای توربین های ضربه ای
4- در گوشه های تیز سطوحی که تولید حباب می کنند
با روش های زیر می توان از تشکیل حباب جلوگیری کرد:
1- با ایجاد انحنا (خمیدگی) ملایم در مسیر جریان آب
2- استفاده از خاصیت مقاومت مواد در عبور سیال
3- استفاده از مسیرهای فلزی در جاهائی که امکان وجود حباب وجود دارد.
4- کاهش میزان فشار در قسمت محرک توربین (در انتهای قسمت برگشتی آب)
مرکز یادگیری تبیان - تهیه و تنظیم: فاطمه گودرزی
