Turbina Kaplan é projetada para aplicações de baixa pressão de água. Ela tem hélice como lâminas, mas funciona apenas para trás. Em vez de deslocar a água axialmente usando a potência do eixo e criando impulso axial, a força axial da água atua nas lâminas da turbina Kaplan e gerando a potência do eixo.
A maioria das turbinas desenvolvidas anteriormente era adequada para grandes quedas de água. Com a crescente demanda de necessidade de energia, sentiu-se que aproveitava o poder de fontes com pouca baixas quedas de água, como, rios que fluem em alturas baixas. Para aplicações de baixa queda, Viktor Kaplan projetou uma turbina semelhante às hélices dos navios. Seu funcionamento é apenas reverso para a de hélices. A turbina Kaplan também é chamada de turbina de hélice.
Design da turbina Kaplan
Para gerar quantidade substancial de energia a partir de pequenas quedas de água usando este tipo de turbina, é necessário ter grandes vazões através da turbina. A turbina Kaplan foi projetada para acomodar as grandes taxas de fluxo necessárias. Exceto o alinhamento das lâminas, a construção da turbina Kaplan é muito similar à da turbina Francis. O caminho geral do fluxo de água através da turbina Kaplan é de radial na entrada de axial na saída. Semelhante à turbina Francis, a a Kaplan também possui um anel de palhetas guia fixas na entrada da turbina.
Ao contrário da Francis, que possui as palhetas de guia na periferia do rotor da turbina (chamada de corredor no caso de turbina Francis), há uma passagem entre as palhetas de guia e o rotor da turbina Kaplan. A forma da passagem é tal que o fluxo que entra na passagem na direção radial é forçado a fluir na direção axial. O rotor da Kaplan é semelhante à hélice de um navio. As pás do rotor estão ligadas ao eixo central da turbina. As lâminas estão conectadas ao eixo com juntas móveis, de modo que as lâminas podem ser giradas de acordo com o caudal e a cabeça de água disponíveis.
As lâminas da turbina Kaplan não são planas como qualquer outra turbina de fluxo axial; em vez disso, elas são projetadas com torção ao longo do comprimento, de modo a permitir o fluxo de arrasto na entrada e o fluxo axial na saída.
Trabalho da turbina Kaplan
A queda de água trabalhada é baixa, pois são permitidas grandes taxas de fluxo na turbina Kaplan. A água entra na turbina através das palhetas de guia que estão alinhadas de modo a dar ao fluxo um grau adequado de redemoinho determinado de acordo com o rotor da turbina. O fluxo das palhetas de guia passa através da passagem curvada que força o fluxo radial para a direção axial com o redemoinho inicial transmitido pelas palhetas guia de entrada que agora está na forma de vórtice livre
O fluxo axial de água com um componente do redemoinho aplica força nas lâminas do rotor e perde seu impulso, tanto linear quanto angular, produzindo torque e rotação (seu produto é poder) no eixo. O esquema de produção de hidroeletricidade da turbina Kaplan é o mesmo que o da turbina Francis.