Viktor Kaplan
维克托·卡普兰

维克托·卡普兰(Viktor Kaplan,1876-1934)是奥地利机械工程师、建筑师和发明家,他的大部分职业生涯都在布尔诺的日耳曼技术大学(German Technical University)度过。他主要的研究对象是水利涡轮机,为此进行多次实验收集试验机器的最佳参数,并将其改进,以适应各种流量和角度。他不断研究当时涡轮机,并在此基础上发明了自己原创设计的产品——一款带有可调螺旋桨叶片的轴流涡轮机。卡普兰的这款涡轮机特别适用于在较缓角度大水流条件上发电,是现代水力发电的核心技术之一。联合国教科文组织曾组织纪念日来庆祝1976年卡普兰诞辰100周年。

维克托·卡普兰;捷新社

涡轮机

从前,人们利用水力的主要方式是使用水车。涡轮机则通过将水能转换为机械能,大大提高了利用效率。这种机械能还可以通过连接发电机,转换为电能。具有可调节螺旋桨叶片的高速水力涡轮机则是水力发电技术上的巨大突破。

法国工程师克劳德·布尔丁(Claude Burdin)和他的学生布努瓦·弗纳扬(Bernoit Furneryon)对19世纪水力涡轮机的发明做出了一定的贡献。此后,美国人詹姆斯·比钦诺·弗朗西斯(James Bicheno Francis)和莱斯特·艾伦·培尔顿(Lester Allen Pelton)又进一步优化了水力涡轮机性能的表现。但是,这些涡轮机仍受限于小水量及波动性水量的情况。卡普兰正是把握了这一不足之处,进一步优化了涡轮机的性能。

安装卡普兰涡轮机;NTM
K

从维也纳科技大学毕业后,维克托·卡普兰搬到了布尔诺的日耳曼技术大学,并在那里度过了30年的时,致力于提高涡轮机的效率,特别是所谓的混流式水轮机(Francis turbine)。他不断探索适用角度、叶片数量及可替换性,并得出结论,认为叶片必须像螺旋桨一样运转,并随水流量波动而不断调整。1910年,卡普兰与斯托莱克铸铁厂和机械公司的负责人海因里希·斯托莱克(Heinrich Storek)一起,设立了一间专门的涡轮机实验室,研究如何使用类似于螺旋桨的转子和可调节叶片扩大混流式水轮机叶片距。1913年,他开始为自己的发明申请专利,但整个程到1918年才最终完成。

布尔诺理工大学水力实验室里的卡普兰测试涡轮机原件,藏于布拉格国家技术博物馆;NTM,凯特琳娜·乌克索娃

 

该发明的创造性在于叶片可根据水流的变化进行转动,并在中小流速下保持高效率运转。

卡普兰

涡轮机

       由于存在误解以及生产混流式水轮机的公司的反对,最初,人们并没有顺利地认识到这项发明对世界的重要影响。然而,1912至1913年间,卡普兰成功申请了四项主要发明的专利权。后来,这些被称为卡普兰涡轮机的产品开始大量投入生产,并被其他国家使用。然而,最初的困难出现在卡普兰涡轮机开始用于大型河流上变时,所有机器陷入了灾难性的失败。其原因在于可怕的气穴现象——水中带有气泡,导致了涡轮机压力的迅速改变。1922年,卡普兰的同事解决了气穴现象的难题,进一步优化了涡轮机,使其生产得以继续。1931年,维克托·卡普兰离开了布尔诺,回到了家乡奥地利,并在那里申请了27个国家280多项专利权。

       第一台正式投入使用的卡普兰涡轮机被安装在下奥地利州维尔玛的一家纺织厂里。1918年和1919年之交,位于布尔诺名为伊格纳克·斯托莱克(Ignác Storek)的公司生产了这台设备,并一直使用到1952年。1921年,捷克斯洛伐克境内的第一台涡轮机在波杰布拉迪(Poděbrady)投入使用。第二次世界大战之后,水力涡轮机的生产实现了最大程度的发展。国有企业布兰斯克(ČKD Blansko)在战前水力涡轮机生产的基础上提升技术,集中研究和改进如何在提高高速涡轮机在低流量状况下的效率,并致力于在更高坡度的条件下使用涡轮机。在布鲁塞尔世博会期间,由于卡普兰涡轮机在70.5m的坡度条件下为奥利克水电站提供了94500千瓦电能,它不仅获得了58年世博会最高奖,还得到了世界范围的认可。

安装卡普兰涡轮机;NTM

卡普兰的手稿; NTM,图片:凯特琳娜·乌克索娃

 

 

本程序应用于交互浏览场景中。