Die Kaplan-Turbine ist eine Wasserturbine, die einen Propeller mit automatisch einstellenden Blättern und Toren verwendet. Kaplan-Turbinen sind ideal für niedrige Fallhöhen oder Situationen mit niedriger Wasserdruckdynamik und werden oft an Orten aufgestellt, an denen eine solche Turbine aufgrund der Flussbedingungen erforderlich ist. Kaplan-Turbinen ermöglichen eine höhere Stromerzeugung aus Wasserkraft, als dies mit früheren Konstruktionen möglich war, die durch Propellergröße und Wasserdurchfluss eingeschränkt waren.
Eine Wasserturbine ist eine Art Rotationsmotor, der Energie aus Wasserströmungen, typischerweise Flüssen, erzeugt. Kaplan-Turbinen wurden, wie auch andere Turbinentypen, während der industriellen Revolution zum Zweck der lokalen Stromerzeugung in der Fertigung entwickelt. Victor Kaplan, ein österreichischer Ingenieursprofessor, konzipierte die Kaplan-Turbine 1913, konnte aber aufgrund anfänglicher Konstruktionsprobleme erst Jahre später eine weit verbreitete Fertigung realisieren.
Die Kaplan-Turbine verbesserte einen zuvor beliebten Turbinentyp durch die Verwendung eines selbsteinstellenden Differentialpropellers. Es verfügt auch über verstellbare Schieber, um den Wasserdruck zu lenken und zu kontrollieren, mit einer Kammer, die den Propeller selbst enthält. Dieser Turbinentyp ist einer der am häufigsten verwendeten Propellerturbinentypen in Fällen von Wasserströmungen mit hohem Durchfluss und Stromerzeugung mit geringer Fallhöhe.
Das Kaplan-Turbinendesign verwendet ein nach innen strömendes Rohr, das als Kompressionskammer mit einer Reihe von einstellbaren Schiebern dient. Wenn Wasser durch ein einströmendes Tor eingeleitet wird, wird das Fluid beim Durchlaufen der Turbine zunehmend unter Druck gesetzt und gibt seine Energie ab. Einströmendes Wasser wird innerhalb des den Propeller und seine Welle umschließenden Rohres schräg ausgerichtet, wodurch der Propeller durchdreht.
Um potenzielle Energieverluste auszugleichen, verfügt die Kaplan-Turbine über ein Austrittstor, das den Wasserfluss beim Verlassen der Kammer verlangsamt. Die einstellbaren Schaufeln und Tore ermöglichen es der Turbine, bei unterschiedlichen Wasserströmungsbedingungen kontinuierlich zu arbeiten. Diese Merkmale tragen dazu bei, Kammerdruckverluste zu vermeiden, die zu Kavitationen oder Stoßwellen führen würden, die in geschlossenen Propellern unter Niederdruck-Fluidbedingungen auftreten.
Kaplanturbinen sind teuer in der Herstellung. Dies liegt in der Regel an den verwendeten Materialien und der Größe der Einheiten selbst. Trotzdem machen die Effizienz, die Leistungsabgabe und die Fähigkeit der Turbine, über mehrere Jahrzehnte hinweg kontinuierlich zu arbeiten, sie zu einer beliebten Konstruktion in Wasserkraftanwendungen.
Durch die Nutzung des natürlichen Wasserstroms und die effiziente Stromerzeugung sind Kaplan-Turbinen eine Quelle sauberer, erneuerbarer Energie. Trotz ihrer sauberen Energieerzeugung arbeiten Kaplan-Turbinenwellen mit Schmierflüssigkeiten wie Hydrauliköl. Besonderes Augenmerk auf die Aufrechterhaltung der Dichtungen und das Verhindern von Flüssigkeitsverlust stellt sicher, dass das Öl die Wasserstraße einer bestimmten Stelle nicht verunreinigt.