La turbina Kaplan è una turbina ad acqua. La turbina Kaplan è una turbina di sovrapressione. Le palette guida della turbina Kaplan installate a monte del canale di scorrimento generano un vortice nell'acqua del motore. Quando l'acqua scorre attraverso la turbina ad acqua, l'impulso dell'acqua del motore agisce sulle pale del rotore. Questo fa ruotare il corridore.
Le turbine Kaplan vengono utilizzate con una prevalenza di circa 2 m a 80 m e una portata volumetrica compresa tra 1 m³/s e 250 m³/s. Vengono quindi utilizzati nel campo delle basse e medie pressioni. Le turbine Kaplan sono installate, ad esempio, in centrali elettriche ad acqua corrente e di marea. La turbina Kaplan è progettata come turbina a bulbo, ad esempio, nelle centrali elettriche di marea. Le turbine Kaplan raggiungono un'efficienza massima fino al 95%. La Figura 1 mostra un diagramma schematico di una turbina Kaplan.
A differenza della turbina ad elica, nella turbina Kaplan non solo le palette guida ma anche le pale del rotore sono mobili e controllabili. Ciò consente di modificare l'angolo di attacco sia delle pale guida che delle pale del rotore al flusso dell'acqua. Ciò consente un'ottimizzazione del carico delle pale al variare della portata d'acqua. La turbina Kaplan ha da 3 a 8 pale regolabili. Grazie alla possibilità di regolazione delle pale del rotore, le perdite di efficienza al di fuori del funzionamento a carico nominale possono essere mantenute basse. Così, al 30-100% della portata volumetrica nominale, l'efficienza è di circa l'80% e fino al 95%. Inoltre, le pale del rotore della turbina Kaplan svolgono una funzione di bloccaggio. In questo modo il flusso d'acqua dietro il canale può essere chiuso. Ciò significa che non è necessario un dispositivo di spegnimento aggiuntivo per i piccoli impianti.
La turbina Kaplan può essere progettata con asse dell'albero verticale, orizzontale o leggermente inclinato. Una turbina a bulbo Kaplan è una turbina Kaplan ad asse orizzontale. L'albero di ingresso, la turbina dell'acqua e il tubo di aspirazione sono disposti in modo quasi lineare. Grazie al minore ingombro della carlinga, i costi sono ridotti rispetto al progetto con un'altra turbina ad acqua. La turbina a bulbo di tipo S, la turbina a bulbo a ingranaggi conici o la turbina a bulbo a ingranaggi rappresentano ulteriori disegni speciali della turbina a bulbo Kaplan. Questi sono utilizzati nelle piccole centrali idroelettriche.
La turbina a flusso rettilineo rappresenta un ulteriore design della turbina Kaplan. È anche conosciuta come Strafloturbine. Una Strafloturbine ha un generatore di anelli esterno. Il generatore ad anello esterno è installato sul canale della turbina dell'acqua. Lo statore del generatore, disposto in modo concentrico, si trova all'esterno del tubo di flusso. Questo design permette costruzioni compatte.
Kaplan turbine