UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA ASIGNATURA DE TURBOMAQUINAS TURBINAS KAPLAN Ing. Willy Morales Alarcón 2013 Turbina Kaplan Inventada por Víctor Kaplan en 1912. Son turbinas de reacción, de alabes orientables. Utilizadas en pequeñas alturas y grandes caudales. Son las turbinas mas económicas para medianas y grandes potencias. Actualmente su rendimiento máximo llega a superar 95%. A igualdad de potencia, las turbinas Kaplan son menos voluminosas que las turbinas Francis Normalmente se instalan con el eje en posición vertical, si bien se prestan para ser colocadas de forma horizontal o inclinada Componentes De Una Turbina Kaplan Son partes constitutivas de una turbina Kaplan: Cámara espiral Distribuidor Rotor o rodete Tubo de aspiración. Eje Equipo de sellado Cojinete guía Cojinete de empuje COMPONENTES ADICONALES DE LA TURBINA KAPLAN: Dado el gran parecido con las turbinas Francis, todos aquellos componentes tienen la misma función y similares características. Tal ocurre con los elementos siguientes: 1.- Soporte Superior. 2.- Cojinete de Empuje. 3.- Cojinete Guía de Turbina. 4.- Rotor. 5.- Estator. 6.- Eje. 7.- Acoplamiento. 8.- Turbina. El único componente de las turbinas kaplan, que Podría considerarse Como distinto al de las turbinas Francis, es el rotor o rodete Rotor De Una Turbina Kaplan Se asemeja a la hélice de barco, esta formado por un numero determinado de palas o álabes, de 2 a 4 para saltos de pequeña altura y de 5 e 9 cuando los saltos son mayores, por supuesto dentro del campo de aplicación de las turbinas Kaplan En las turbinas Kaplan, todas y cada una de las palas del rotor están dotadas de libertad de movimiento, pudiendo orientarse dentro de ciertos límites sobre sus asientos respectivos situados en el núcleo, llamado también cubo del rodete, adoptando posiciones de mayor o menor inclinación respecto al eje de la turbina según órdenes recibidas del regulador de velocidad Las turbinas Kaplan, son también conocidas como turbinas de doble regulación, por intervenir en el proceso de regulación tanto las palas del distribuidor, como sobre las palas del rotor dependiendo de las condiciones de carga y del salto existente Con este procedimiento se consiguen elevados rendimientos, incluso para cargas bajas y variables, así como en el caso de fluctuaciones importantes del caudal Las palas directrices del distribuidor, se gobiernan de forma análoga a como se realiza en las turbinas Francis Para lograr el control adecuado de las palas del rotor, tanto el núcleo del rotor, como el eje de turbina, permiten alojar en su interior los distintos dispositivos mecánicos, tales como servomotores, palancas, bielas, destinados a dicho fin Se distinguen tres sistemas de gobierno de las palas del rotor, dependiendo de la ubicación del servomotor de accionamiento en las distintas zonas del eje del grupo turbinagenerador Así se tiene: Servomotor en cabeza: el servomotor está instalado en el extremo superior del eje, en la zona del generador Servomotor intermedio: en la zona de acoplamiento de este caso está situado en los ejes de la turbina y del generador Servomotor en núcleo: está alojado en el propio núcleo del rotor ,-:::-. 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Actualmente el empleo de servomotor en el núcleo es el mas utilizado, con el se reducen las dimensiones y el número de elementos mecánicos que en los otros sistemas realizan la interconexión entre el servomotor y los ejes de las palas del rotor En los sistemas de servomotor intermedio y en núcleo, los conductos de aceite entre regulador de velocidad y el servomotor se realizan mediante conductos concéntricos dispuestos en el interior del eje del grupo turbina-generador En algunas turbinas kaplan las palas del rotor se pueden orientar con mecanismos accionados por motores eléctricos y reductores de velocidad ubicados en el interior del eje En los rotores kaplan, el interior del núcleo está lleno de aceite a fin de producir la estanqueidad para evitar el paso de agua a través de los ejes de las palas Una de las características fundamentales de las turbinas Kaplan constituye el hecho que las palas del rotor están situadas a una cota más baja que la cota del distribuidor, de modo que el flujo del agua incide sobre las palas en su parte posterior en dirección paralela al eje de la turbina Generalidades Las turbinas tipo Kaplan son turbinas de admisión total y clasificadas como turbinas de reacción Se emplean en saltos de pequeña altura (alrededor de 50 menores alturas), con caudales medios y grandes (aproximadamente de 15 m3/s en adelante) Debido a su singular diseño, permiten desarrollar elevadas velocidades específicas, obteniéndose buenos rendimientos, incluso dentro de extensos límites de variación de caudal my Elementos de una turbina Kaplan Eje Voluta Rotor Tubo de succión Rotor TURBINAS HELICEKAPLAN ROTOR KAPLAN ROTOR KAPLAN KAPLA N TURBINA KAPLAN Funcionamiento de una turbina Kaplan FUNCIONAMENTO DE TURBINAS TURBINAS-HELICEKAPLAN CAMARA ESPIRAL, DISTRIBUIDOR, TUBO DE ASPIRACION: IGUAL QUE FRANCIS: HELICE-ALETAS FIJAS. KAPLAN-ORIENTABLES. EFECTO A PERFILES AERODINAMICOS. NACA. TURBINAS-HELICE-KAPLAN KAPLAN. DOBLE REGULACION.(DISTRIBUIDOR+RODETE) DISTINTAS COMBINACIONES EFECTO A LA (Q,REND.)->ZONA AMPLIA DE RENDIMIENTOS ALTOS TURBINAS-HELICEKAPLAN RODETE POR DEBAJO DEL NIVEL DE DISTRIBUIDOR Y CAMARA ESPIRAL TURBINAS-HELICEKAPLAN CAMARA ESPIRAL EN Hn BAJOS SE CONVIERTE EN CAMARA DE HORMIGON. TURBINAS-HELICE-KAPLAN CAMARA ESPIRAL EN Hn BAJOS SE CONVIERTE EN CAMARA DE HORMIGON. TURBINAS-HELICEKAPLAN CANAL ABIERTO. SIN CAMARA ESPIRAL. CON Hn MUY BAJOS. TURBINAS-HELICEKAPLAN SEMIKAPLAN. DISTRIBUIDOR ALABES FIJOS. REGULACION SOLO BASADA EN LAS ALETAS DEL RODETE. TURBINAS-HELICEKAPLAN TURBINA BULBO. SIN CAMARA ESPIRAL. CENTRALES MAREOMOTRICES. TURBINAS-HELICEKAPLAN TURBINA BULBO. SIN CAMARA ESPIRAL. CENTRALES MAREOMOTRICES. Turbina Kaplan - - O..••• ..-.- ....: . .. .. " ... , .. , .... . ...' . .. '. : ( . - ....... ,\ . • .. .· �.- ·..• . •. •• ' • . 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Eje vertical Eje Horizontal RODETE DE LA TURBINA KAPLAN: Se asemeja a la hélice de un barco, al estar formado por un numero determinado de palas, de 2 a 4 para saltos de pequeña altura y de 5 e 9 cuando los saltos son mayores, dentro del campo de aplicación de las turbinas Kaplan. Solamente se denominan turbinas Kaplan, cuando todas y cada una de las palas del rodete están dotadas de libertad de movimiento, girando al unísono y uniformemente sobre sus asientos respectivos situados en el núcleo, llamado cubo del rodete. SERVOMOTOR DEL NÚCLEO: Está alojado en el propio núcleo del rodete. Existen turbinas en las que las palas del rodete se pueden orientar con mecanismos accionados por motor eléctrico y reductor de velocidad, colocados en el interior del eje. En los rodetes Kaplan, el interior del núcleo está lleno de aceite, a fin de producir la estanqueidad necesaria que evite el paso de agua, a través de los ejes de las palas. En el caso de turbinas Kaplan, las palas del rodete están situadas a un nivel más bajo que el distribuidor, de modo que la corriente de agua que fluye por éste, incide sobre dichas palas en su parte posterior, en dirección paralela al eje de la turbina. TURBINAS BULBO: Los grupos Bulbo, como parte fundamental de algunas centrales minihidráulicas y maremotrices, no son más que un tipo especial de turbina hélice, capaces de aprovechar saltos de pequeño desnivel, pero de gran caudal. Estos grupos fueron concebidos en un principio para ser utilizados en cuencas fluviales de grandes caudales y posteriormente han sido empleados también por las centrales maremotrices, que como sabemos se caracterizan, por pequeñas alturas y grandes caudales. 1. 2. 3. 4. 5. 6. PREGUNTAS AL ALUMNO: ¿Qué tipo de turbina es la Kaplan? ¿Qué valores de altura de Caída de agua y Flujo maneja la Turbina Kaplan? ¿Por qué las Turbinas Kaplan desarrollan mayor velocidad? ¿Por qué las Turbinas Kaplan desarrollan menor velocidad? ¿Cuáles son los 8 componentes principales de la turbina Kaplan? En cuestión de Potencia, ¿Por qué las Kaplan presentan menos tamaño que las 7. Francis? 8. ¿Cómo se define el Cubo del Rodete? 9. ¿Cuál es la función del Rodete de la Turbina Kaplan? 10. ¿Dónde se encuentra el Servomotor del Núcleo de la Turbina Kaplan? 11. ¿Por qué las palas del Rodete se encuentran en la parte baja de la Turbina? ¿Qué son las Turbinas Bulbo?
