Kaplanova turbina
<s>Kaplanova turbina je propelerna vrsta vodnih turbina, sa zakretnim lopaticama na rotoru i radi samo na niskim padovima vode, uglavnom s velikim protokom.</s><s>Da bi se smanjili sudarni gubici i osiguralo strujanje vode s najmanje hidrauličkih gubitaka, u većini propelernih turbine, lopatice radnog kola mogu se zakretati u pogonu.</s><s>Izvedba turbina sa zakretnim lopaticama rotora je složenija nego izvedba običnih propelernih turbina, no njihove energetske karakteristike su znatno povoljnije.</s><s>Njihov stupanj iskorištenja može biti i preko 90 %.</s>

<s>Propelerne turbine spadaju u red aksijalnih hidrauličkih strojeva s primjenom pri malim padovima i velikim protocima.</s><s>Korisni padovi se kreću od nekoliko metara pa sve do 60-70 metara.</s><s>Radi takvih karakteristika, ovakve turbine se uglavnom primjenjuju u ravninskim područjima, na rijekama koje osiguravaju cjelogodišnji visoki protok, a izgradnjom umjetnih brana se osigurava potreban pad.</s><s>Izlazne snage Kaplanovih turbina mogu biti od 5 do 120 MW.</s>

<s>Dijelovi Kaplanove turbine
Zahvat vode se izvodi uređajem koji je obično trapeznog presjeka, izveden od betona.</s><s>Konstrukcija uređaja treba osigurati ujednačenu distribuciju vode po izlaznom presjeku uređaja, te spriječiti odvajanje struje na statorskim lopaticama.</s><s>Kod visokih padova (za ovakav tip hidrauličkih turbina) dobavni aparat se izvodi od čelika u obliku spirale kružnog poprečnog presjeka.</s>

<s>Predprivodećih lopatica obično ima 10-12, a privodećih 20-32 lopatice.</s><s>Privodeće lopatice, osim regulacije protoka, imaju zadataka pravilno usmjeriti struju vode prema rotorskim lopaticama.</s><s>Regulacija protoka se izvodi zakretanjem regulacijskih lopatica oko svojih osi, a u graničnom slučaju moguće je lopaticama potpuno zatvoriti protočne kanale.</s>

<s>Rotor se sastoji od lopatica učvršćenih na rotirajuće vratilo čiji broj, ovisno o padu, se mijenja između 4 i 8 lopatica.</s><s>Što je manji pad, to je i broj lopatica rotora manji.</s><s>Rotorske lopatice mogu biti čvrsto vezane na vratilo, a takve turbine se tada nazivaju propelernim turbinama.</s><s>Oblik i duljina profila lopatice se mijenjaju promjenom radijalne koordinate, u odnosu na os stroja.</s><s>Rotorske lopatice mogu biti i pomične u odnosu na vratilo stroja, kada zakretanjem oko vlastitih osi vrše fino podešavanje opstrujavanja profila, osiguravajući visoku iskoristivost turbine u širokom radnom području.</s>

<s>Dvostrukom regulacijom (zakretanjem regulacijskih i rotorskih lopatica), moguće je osigurati visoku korisnost u širokom radnom području.</s><s>Počeci i krajevi rotorskih lopatica (gledano radijalno), kao i njihovi (labavi) dosjedi, moraju biti obrađeni u obliku kugle kako bi se, bez obzira na položaj, osigurala minimalna zračnost te time spriječilo pretjecanje vode s tlačne na pretlačnu stranu lopatice.</s><s>Promjer rotora može biti od 2 do 8 m. Obično se okreće sa 79 do 429 okretaja u minuti.</s>

<s>Transport vode iz rotora vrši difuzor koji ujedno, smanjenjem izlazne energije, povećava ukupnu iskoristljivost turbine.</s>

<s>Razvoj
1912. nakon godina intenzivnog istraživanja u laboratoriju za turbine u Brnu, Viktor Kaplan prijavljuje svoj prvi patent turbine.</s><s>Međutim, Kaplanova turbina još uvijek ne ispunjava sva očekivanja profesora.</s><s>1922. dugogodišnji istraživački rad na turbini konačno donosi plodove: sagrađena je optimalizirana Kaplanova turbina.</s><s>No, u posljednjoj fazi istraživanja Viktor Kaplan mora iz zdravstvenih razloga prepustiti nastavak radova svojem timu.</s>

<s>1925. u Austriji je pušteno u pogon nekoliko Kaplanovih turbina.</s><s>Šveđani također otkrivaju njenu učinkovitost i koriste je za svoje velike elektrane.</s>

<s>Način rada
Glavni vodeni tok kroz Kaplanovu turbinu je aksijalan.</s><s>Kut zakreta lopatica rotora određuje se prema otvoru privodnog kola i trenutnom padu.</s><s>Kombinatorna veza se definira tako da se ostvari najveća moguća korisnost u svim pogonskim uvjetima.</s><s>Odnos otvora lopatica privodnog i radnog kola kod turbina sa zakretnim lopaticama rotora regulira se preko posebnog uređaja koji se naziva kulisa.</s><s>Sustav automatske regulacije turbina s pomičnim lopaticama rotora osim privodnim kolom, upravlja i radnim kolom zakrećući lopatice rotora, pa se takve turbine nazivaju dvostruko reguliranim turbinama.</s>

<s>Kaplanove turbine spadaju u grupu reakcionih turbina, a to znači da se tlak mlaza vode mijenja prolaskom kroz turbinu.</s><s>Turbine s većim padom, imaju veću razliku tlakova između lopatica rotora i difuzora, tako da na lopaticama rotora dolazi do pojave kavitacije.</s>

<s>Da bi se povećao stupanj iskorištenja Kaplanove turbine i unaprijedila njegova konstrukcija, u zadnje vrijeme se počela primjenjivati računalna dinamika fluida.</s><s>Osim toga, pokušava se povećati broj preživjelih riba, koje prolaze kroz turbinu.</s><s>Lopatice rotora se zakreću uz pomoć hidrauličkog ulja pod visokim tlakom, tako da je jedan od glavnih problema konstrukcije, spriječiti ispuštanje ulja kroz brtve, a time i zagađivanje rijeke.</s>

<s>Različite izvedbe Kaplanove turbine
Kaplanove turbine se najčešće koriste kao propelerna vrsta turbina, ali postoji i nekoliko drugih izvebi:</s>

<s>Propelerne turbine
Propelerne turbine nemaju zakretne lopatice rotora, već su fiksne.</s><s>Spade u grupu pretlačnih aksijalnih turbina.</s><s>Primjenjuje se za velike protoke i male geodetske padove (od 1-3 do 60-70 m).</s><s>Rotor propelerne turbine sastoji se od lopatica radnog kola i glavine rotora.</s><s>Radno kolo ima 3 do 8 lopatica, pri čemu je broj lopatica veći što je veći nazivni pad turbine.</s><s>Voda se na lopatice rotora dovodi aksijalno (u smjeru vratila) privodnim kolom tj. pomičnim lopaticama statora.</s><s>Promjena protoka odnosno regulacija snage provodi se zakretanjem lopatica privodnog kola, zbog čega se mijenja i kut strujanja vode na lopatice radnog kola.</s>

<s>Propelerne turbine s fiksnim lopaticama nisu elastične u pogonu, pa se grade samo za manje jedinice tj. upotrebljavaju se umalim hidroelektranama.</s><s>Snage se kreću od nekoliko stotina vata do 100 MW.</s>

<s>Cijevne turbine
Turbina i električni generator su u potpunosti uronjeni u protočnu cijev.</s><s>Cijevne turbine se koriste pri najnižim padovima i velikim protocima, te su pogodne za primjenu na velikim protočnim rijekama.</s><s>Prednost ove izvedbe turbije je što nema dobavnog aparata spiralnog tipa.</s>

<s>Imaju predprivodeće (nepomične) i privodeće (pomične) lopatice.</s><s>Dozvoljavaju dvostruku regulaciju; zakretanjem privodećih i rotorskih lopatica, a posljedica toga je visoka korisnost u cijelom radnom području.</s><s>Kod ovakvih turbina niskog pada, udio kinetičke energije s obzirom na raspoloživi pad na izlazu iz difuzora može iznositi i do 50-60%.</s><s>Radi toga konstrukcija turbine treba osigurati minimalne gubitke pri strujanju, te minimalnu energiju na izlazu iz rotora.</s><s>Minimalnu energiju na izlazu iz rotora osigurat će pravilna izvedba difuzora,
te bezvrtložno strujanje na izlazu iz rotora (strujanjem u smjeru osi difuzora).</s>

<s>Aksijalne turbine s horizontalnom osi se koriste i za iskorištavanje energije plime i oseke.</s><s>Strojevi rade s padovima od nekoliko metara, a konstrukcija strojeva omogućuje rad u oba smjera, te rad u crpnom režimu (reverzibilne hidroelektrane).</s>

<s>Manje se jedinice izvode s električnim generatorom izvan cijevi (tzv. S izvedba ili Straflo  turbine), a u većim se jedinicama generator smješta u cijev, u tzv. turbinsku krušku (eng. Bulb turbine).</s>

<s>Dijagonalne ili Derijazove turbine
Voda kroz turbinu protječe dijagonalno, otkuda slijedi naziv turbine.</s><s>Osim lopatica privodnog kola, u slučaju ovih turbina regulira se i zakretanje lopatica radnog kola, tako da je također moguća dvostruka regulacija.</s><s>Koriste se za reverzibilne hidroelektrane.</s>

<s>Izvori</s>

<s>"National Historic Mechanical Engineering Landmark Kaplan Turbine", 2010.</s>

<s>Vodene turbine</s>

