Versión Noviembre 18 de 2010TURBINAS KAPLAN La turbina Kaplan debe su nombre al ingeniero Victor Kaplan (1876 - 1934), profesor de la Universidad Técnica de Brünn (Checoslovaquia). Basado en el desarrollo de la aerodinámica, la teoría de alas, los estudios de hélices y el trazado de sus paletas; y durante su investigación sobre modelos de turbinas de hélice, concluyó que la desventaja de esta turbina era lo agudo y estrecho de su curva de eficiencia y concibió la idea de corregir el paso de los álabes automáticamente con las variaciones de la potencia (1925). POLO ENCINAS, Manuel. Turbomáquinas Hidráulicas. 3 ed. México : Limusa. 1983. 295 p. MATAIX, Claudio. Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas. 2 ed. México: Harla, 1982. 660 p. Meluk Gabriel. Turbinas Hidráulicas. Energía. Sus Perspectivas, su conversión y sus utilizaciones en Colombia. Universidad Nacional de Colombia • Viktor Kaplan http://www.radio.cz/de/artikel/85732 T. KAPLAN VS T. HÉLICE (Rendimiento a cargas parciales) POLO ENCINAS, Manuel. Turbomáquinas Hidráulicas. 3 ed. México : Limusa. 1983. 295 p. Rendimiento vs % Potencia Álabes Fijos y Álabes Ajustables MARKS. Manual del Ingeniero Mecánico. Octava Edición. McGraw-Hill. Cali. Colombia: 1990 Nota Las curvas de eficiencia vs % de carga para turbinas hélices de álabes fijos son curvas en “gancho”. La curva de la turbina hélice de álabes ajustables (Kaplan) es una curva “plana” MATAIX, Claudio. Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas. 2 ed. México: Harla, 1982. 660 p. A propeller-type runner rated 28,000 hp (21 MW) http://www.answers.com/topic/water-turbine Turbina Hélice. Los álabes son fijos. • La técnica constructiva de las turbinas hidráulicas, poco desarrollada a comienzos del siglo XX, hacía concebir la idea de Kaplan como irrealizable • Con los adelantos tecnológicos, la construcción de la turbina Kaplan fue imponiéndose y ha alcanzado desde 1920 a la fecha tal desarrollo que se usa con ventaja sobre su predecesora la turbina de Hélice fija Meluk Gabriel. Turbinas Hidráulicas. Energía. Sus Perspectivas, su conversión y sus utilizaciones en Colombia. Universidad Nacional de Colombia POLO ENCINAS, Manuel. Turbomáquinas Hidráulicas. 3 ed. México : Limusa. 1983. 295 p. CARACTERÍSTICAS • La turbina Kaplan es una turbina de reacción y su flujo es completamente axial. • La turbina Kaplan se usa para grandes caudales con saltos pequeños y algunas veces medianos. Tiene aplicación en cargas de 1 m a 90 m. • El rodete cuenta solamente con unos pocos álabes, dispuestos en sentido radial y sin corona exterior, y el agua lo atraviesa en sentido axial. VIEJ O ZUBICARAY, Manuel; ALONSO PALACIOS, Pedro. Energía Hidroeléctrica. Turbinas y Plantas Generadoras. México : Limusa. 1977. 330 p. POLO ENCINAS, Manuel. Turbomáquinas Hidráulicas. 3 ed. México : Limusa. 1983. 295 p. • El rodete va precedido del distribuidor, cuyos álabes directrices son generalmente móviles. • Los álabes directores del distribuidor y los del rodete se pueden regular simultáneamente durante la marcha, a fin de obtener el rendimiento máximo. La turbina Kaplan presenta así una característica de rendimiento, que es el conjunto de los puntos máximos de una infinidad de características de las turbinas de hélice, como si un solo rodete desempeñara el papel de infinito número de rodetes Ello explica por qué los rendimientos con carga parcial son tan elevados. VIEJ O ZUBICARAY, Manuel; ALONSO PALACIOS, Pedro. Energía Hidroeléctrica. Turbinas y Plantas Generadoras. México : Limusa. 1977. 330 p. MATAIX, Claudio. Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas. 2 ed. México: Harla, 1982. 660 p. • Los árboles (flechas) de la turbina Kaplan y del generador deben ser huecos, para poder alojar todos los elementos de regulación que accionarán los álabes del rodete situados en el cubo de la turbina. • El cubo de la rueda es relativamente grande para poder alojar todo el mecanismo de regulación. Tiene en su interior aceite a presión, para evitar el ingreso de agua. VIEJ O ZUBICARAY, Manuel; ALONSO PALACIOS, Pedro. Energía Hidroeléctrica. Turbinas y Plantas Generadoras. México : Limusa. 1977. 330 p. • La velocidad específica de la turbina Kaplan es alta, en virtud de que la carga es pequeña con relación al caudal, el cual, como máquina axial, es muy grande. • El número de álabes de una turbina Kaplan, varía de 4 a 9, correspondiendo a mayor velocidad específica menor número de álabes ( 2 a 4 para los saltos reducidos y por 5 a 9 para más altas caídas) POLO ENCINAS, Manuel. Turbomáquinas Hidráulicas. 3 ed. México : Limusa. 1983. 295 p. ZOPPETTI J ÚDEZ, Gaudencio. Centrales Hidroeléctricas. Su Estudio, Montaje, Regulación y Ensayo. España: Editorial Gustavo Gili, S.A. 1979. 509 p. NOTA: Las turbinas hélice de álabes fijos son de construcción muy rara en Europa. Casi todas las turbinas de este tipo se construyen en Europa con álabes orientables. MATAIX, Claudio. Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas. 2 ed. México: Harla, 1982. 660 p. PARTES PRINCIPALES • Cámara de Alimentación: Suele ser de concreto en muchos casos y de sección transversal circular o rectangular. • Distribuidor: Regula el gasto (caudal) e imprime al agua el giro necesario para propiciar el ataque adecuado del agua a los álabes. Los álabes del distribuidor se ajustan automáticamente, de acuerdo a las necesidades de potencia, por medio de un servomotor. POLO ENCINAS, Manuel. Turbomáquinas Hidráulicas. 3 ed. México : Limusa. 1983. 295 p. • Los álabes del rotor tienen perfil de ala de avión y desarrollo helicoidal. • Se puede corregir la incidencia modificando el paso de los álabes, por medio de un servomotor ajustado con el distribuidor y con el gobernador, con lo cual se logra mantener prácticamente el mismo valor del rendimiento para diferentes condiciones de trabajo. POLO ENCINAS, Manuel. Turbomáquinas Hidráulicas. 3 ed. México : Limusa. 1983. 295 p. OPERACIÓN DE LOS ÁLABES (palas) Los álabes en la turbina Kaplan giran sincrónicamente, por medio de apropiadas bielas, con los álabes del distribuidor, operación que realiza un pistón accionado por aceite, que se localiza ya sea dentro del eje principal o en el cubo del rodete sobre o debajo de los álabes del rodete. La presión de aceite es suministrada desde el sistema regulador de presión de aceite. Los controles están dispuestos de tal forma, que la inclinación del álabe varía automáticamente con al abertura del álabe giratorio, para que se produzca una curva envolvente de máxima eficiencia. ZOPPETTI J ÚDEZ, Gaudencio. Centrales Hidroeléctricas. Su Estudio, Montaje, Regulación y Ensayo. España: Editorial Gustavo Gili, S.A. 1979. 509 p. MARKS. Manual del Ingeniero Mecánico. Octava Edición. McGraw-Hill. Cali. Colombia: 1990 Mecanismo de operación MATAIX, Claudio. Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas. 2 ed. México: Harla, 1982. 660 p. • www.newmillshydro.com/pelpics.html RODETE Y ÁLABES DEL DISTRIBUIDOR ZOPPETTI J ÚDEZ, Gaudencio. Centrales Hidroeléctricas. Su Estudio, Montaje, Regulación y Ensayo. España: Editorial Gustavo Gili, S.A. 1979. 509 p. RODETE Y ÁLABES DEL DISTRIBUIDOR Kaplan turbine is most appropriate for operation with a low head and a large amount of discharge. Owing to adjustable runner blades it offers the significant advantage to give high efficiency even in the range of partial load, and there is little drop in efficiency due to head variation or load. As a result of recent advances, the range of Kaplan turbine applications has been greatly improved, which favors numerous undeveloped hydro sources previously discarded for economic or environmental reasons. As having adjustable runner blades, the construction of Kaplan turbine becomes naturally a bit complicated. The runner blade operating mechanismconsists of a pressure oil head, a runner servomotor, and the blade operating rod inside the shaft etc. http://www.energymanagertraining.com/power_plants/Hydraulic_Turbine.htm RUNNER BLADES The runner blades are operated to smoothly adjust their blade angles by a link mechanism. Their mechanismis installed inside the runner hub, containing the runner blade and stem, the link crosshead and so on. A high quality lubricating oil is filled inside the runner hub to lubricate the mechanisminterior. The special packing are installed between the runner hub and blade stem to prevent both water intrusion from the outside of the runner hub and leakage of lubricant oil to the outside, as shown in the figure. Drawing right: Construction of runner hub http://www.energymanagertraining.com/power_plants/Hydraulic_Turbine.htm • Voith Siemens Hydro Power Generation • www.kekenergia.hu/szivatty.html • In 1913, the company was the first to recognize the importance of Victor Kaplan’s invention and, in partnership with him, developmental tests were carried out in the Voith research laboratory. Since then, thousands of Kaplan turbines have left our workshops, among themthe most powerful and largest in the world. www.voithsiemens.com/vs_e_prfmc_pwrful_prdcts... • Mitarbeiter der Escher Wyss mit Kaplan-Turbine, 1930. J akob Ackeret befindet sich unten links. (Quelle:ETH-Bibliothek) • J akob Ackeret (1898-1981) • www.ethbib.ethz.ch/exhibit/ackeret/ackeret5.html Gruppenbild, von links: J akob Ackeret (Abteilungsleiter), Ludwig Prandtl (Direktor), Alfred Betz (Stellvertretender Direktor), R. Seiferth (Abteilungsleiter), Flettner-Rotorschiff-Modell auf TischCreatorunbekanntCreation Date1924Colourblack and whiteOrientationrectangular (horizontal)Categories Ort >Politische Geographie >Europa >Deutschland >Niedersachsen >Göttingen Periode >Neuzeit >20. J h. >1901-1950 >1921-1930 >1924 Person >A >Ackeret, J akob (1898-1981) Person >B >Betz, Alfred Person >P >Prandtl, Ludwig (1875-1953) Person >S >Seiferth, R. Sachkatalog >Architektur >Gebäude innen >Labor Sachkatalog >Architektur >Zivilarchitektur >öff./priv. Gebäude >Hochschule Sachkatalog>Wissenschaften >Physik >Mechanik >Fluiddynamik http://www.e-pics.ethz.ch/index/ETHBIB.Bildarchiv/ETHBIB.Bildarchiv_Portr_13534_34766.html Friends and colleagues of Jakob Ackeret on a Kaplan turbine of Escher Wyss AG. The professor for aerodynamics at the ETH (front centre, wearing hat) was head of hydraulics at Escher Wyss from 1927-1928. www.ethistory.ethz.ch/.../konjunkturkurven_EN/ Turbina hélice de álabes ajustables ó turbina Kaplan ZOPPETTI J ÚDEZ, Gaudencio. Centrales Hidroeléctricas. Su Estudio, Montaje, Regulación y Ensayo. España: Editorial Gustavo Gili, S.A. 1979. 509 p. ZOPPETTI J ÚDEZ, Gaudencio. Centrales Hidroeléctricas. Su Estudio, Montaje, Regulación y Ensayo. España: Editorial Gustavo Gili, S.A. 1979. 509 p. ZOPPETTI J ÚDEZ, Gaudencio. Centrales Hidroeléctricas. Su Estudio, Montaje, Regulación y Ensayo. España: Editorial Gustavo Gili, S.A. 1979. 509 p. ZOPPETTI J ÚDEZ, Gaudencio. Centrales Hidroeléctricas. Su Estudio, Montaje, Regulación y Ensayo. España: Editorial Gustavo Gili, S.A. 1979. 509 p. ENCICLOPEDIA CEAC DE LA ELECTRICIDAD. Centrales Eléctricas. España: Ediciones Ceac.1990. 772 p. ENCICLOPEDIA CEAC DE LA ELECTRICIDAD. Centrales Eléctricas. España: Ediciones Ceac.1990. 772 p. • http://www.frenchriverland.com/Charmilles/charm8.jpg http://www.geneve.ch/patrimoine/sms/docs/pub/expo98/EXPO_PI1998_panneau08.pdf Power plant Roseires 6 bladed Kaplan turbine runner during functional testing in the shop for the Roseires power plant / Sudan Kaplan runner, Sudan <Escher Wyss http://www.andritz.com/hydro-media-picture-gallery-roseires.jpg When Kaplan turbines are operating at full load or more or less constant flows it is mor feasible to save cost for the adjustment of the runner blades. In those cases the runnerblades are fixed at a certain blade position. Andritz VA TECH HYDRO has important installations of Propeller turbines in Africa and the USA. http://www.andritz.com • Blade installation Escher Wyss • Kaplan turbine runner • Blade installation in the workshop for a Kaplan turbine runner http://www.andritz.com/hydro-media-picture-gallery-kplan-runner.jpg http://www.andritz.com/hydro-media-picture-gallery-kaplan-blade.jpg Kaplan turbine blade Final grinding of the surface of a Kaplan turbine blade. A new-design, six-blade turbine fromVoith Siemens has been installed as part of the U.S. Dept of Energy's Advanced Hydroturbine Program. All 10 T/G sets are expected to be changed out by 2012 at a cost of about $150mn. http://www.industcards.com/hydro-usa-wa.htm http://www.generalturbo.eu/produse.php?language=en Wanapum hydro hub http://www.gugler.com/english/pro_kaplan Kaplan blades and guide vanes are manufactured on 5-axis CNC machines. http://www.andritz.com/hydro-media-picture-gallery-karnafuli.jpg Power plant Karnafuli Workshop assembly of the Kaplan turbine runner for the Karnafuli power station / Bangla Desh. Power station Kainji Final machining of the Propeller turbine runner for the Kainji power station / Nigeria. http://www.andritz.com/hydro-media-picture-gallery-kainji.jpg http://www.andritz.com/hydro-media-picture-gallery-lh-kaplanturbine-3.jpg Kaplan Turbine Runner Kaplan turbine runner during site installation http://www.andritz.com/hydro-media-picture-gallery-manatali.jpg Power plant Mali, Senegal, Mauretanien Assembly of the runner and inner head cover. VA TECH HYDRO supplied for Manantali, the first hydropower plant for Mali, Senegal and Mauretanien together, 5 Kaplan turbines and an output of 40 MW. • 235,000 KW Kaplan Turbine Runner • http://www.pi.hitachi.co.jp/hydraulic- turbine/product/products_04/index.html • http://www.directindustry.es/prod/ckd-blansko-strojirny/turbina-hidraulica-30822- 215696.html • http://www.escher-wyss-areal.ch/escherwyss/index/areal-start/projekt-bilder- gallery1.htm POLO ENCINAS, Manuel. Turbomáquinas Hidráulicas. 3 ed. México : Limusa. 1983. 295 p. Una de las turbinas Kaplan de 30.000 CV suministrada por Escher Wyss S.A., a la central de Birsfelden en el Rhin. • http://www.waterpowermagazine.com/graphic.asp?sc=2030606&seq=3 • Turbine • Constructeur : GROS et SINGRUN "FRANCIS" (1920) remplacée par CEF -Tarbes Hélice réglable (1931) modifié en Hélice fixe (1950) P=1000CV N=83.3 tr/mn Q=23 m3/s H=4.30 m Ouverture par verin • http://www.rme-toulouse.fr/Alternateur.htm • Turbine • Constructeur : GROS et SINGRUN "FRANCIS" (1920) remplacée par CEF -Tarbes KAPLAN (1931) P=1000CV N=83.3 tr/mnQ=23 m3/s H=4.30 m Ouverture par verin • www.rme-toulouse.fr/Alternateur.htm http://clients.newel.net/particulier/amader/turbines.htm http://www.francotosimeccanica.it/ http://www.tbhic.cn/en/productp.asp?id=8 Rodete Kaplan. Planta Hidroeléctrica de Guangxi Dahua. 110 MW http://www.francotosimeccanica.it/ 9 units of Kaplan turbines with 138 MW each Yacyretá, Argentina / Paraguay Entidad Binaccional Yacyretá (Argentina / Paraguay) http://www.us.voithsiemens.com/vh_en_references_south_america_ycyrt.htm http://www.mendozainvest.com/admin/imagenes/image/Impsa%20yacireta.jpg • Voith Siemens Hydro Power Generation • www.kekenergia.hu/szivatty.html • Turbine Bulbe Evénement : ALSTOM Power Hydro - Les produits Programme : Hydraulique fiche Turbine de basse chute pouvant être réversible (utilisée en turbinage +pompage) Puissance jusqu’à 54 MW, chute de 1 à 15 mètres. • Model of Bulb Turbine for Tadami Power Station, J apan • Tadami (J apan) Hmax=20.7m, Pmax=65.8MW • http://www.pi.hitachi.co.jp/hydraulic- turbine/product/products_04/index.html • http://www.hydro.power.alstom.com/home/ http://www.hydro911.com/CLARENCE.jpg International Power Generation. Abril 1988 Volume 11 No 3 http://www.turbogen-engineering.com/_borders/Dungu.jpg Vertical Kaplan 3m Head 100 kW Horizontal bulb turbine 4m Head 272 kw http://www.turbogen-engineering.com/_borders/foto2.gif http://www.andritz.com/hydro-products-and-services-large-hydro-turbines-2299_kaplan_200.jpg With the invention of the Kaplan turbine by the Austrian Viktor Kaplan the base for a newturbine technology was founded, which is reputed as classic today. The concept is feasable within a head range of up to 80 m. Runners with 3 to 8 blades cover the whole range. Andritz VA TECH HYDRO has experience in runner diameters up to 10,000 mmand outputs up to 200 MW. Semispiral concrete and full steel plate casing concepts can be utilized. The total installed capacity is approx. 23,000 MW and approx. 850 large units have been installed worldwide. Today lowheads can be used for power generation very economic feasable. More than 300 units supplied by Andritz VA TECH HYDRO fromheads up to 30 m, a maximum runner diameter of 7,700 mmand outputs up to 55 MW are the experience in this segment of hydro power generation. The total installed capacity amounts to 4,500 MW approximately. Andritz VA TECH HYDRO is the leader in Bulbturbine/Generator units with more than 50% marketshare in the last decades. Greifenstein in Austria, turbine runner 6,500 mmdiameter Turbina Bulbo http://www.andritz.com