Viktor Kaplan
ヴィクトル・カプラン

ヴィクトル・カプラン(1876年~1934年)は、オーストリアの機械工学者、建設者、発明家で、ブルノのドイツ工科大学において職業人生の大半を過ごしました。彼は、水力タービンに最も関心を寄せて多くの実験を行い、当時使用されていた機械の最適なパラメータを記述して、流れと傾斜の様々な数値にそれらを適合させました。彼は、普及していたタービンの改良を追求した結果、調整可能なプロペラブレードを持つ軸流タービンという、独自かつ独創的な設計にたどり着きました。このタイプのタービンは、傾斜が緩やかな大きな流れから電気を生成するのに特に適しています。カプランタービンは、現代の水力エネルギーの柱の1つとなりました。1976年のヴィクトル・カプラン生誕100周年は、ユネスコの世界記念として祝われました。

ヴィクトル・カプラン 写真提供:CPO

タービン

水力は従来水車の使用によって引き出されていました。タービンは、水力を機械エネルギーに変換することにより、水力の利用にかなりの進歩をもたらしました。この機械エネルギーは、タービンを発電機に接続することによって、電気に変換することが可能です。調整可能なプロペラブレードを備えた高速水力タービンは、水力エネルギー生産の突破口となりました。

19世紀の水力タービンの発明は、フランスエンジニアクロード・ビュルダンとその生徒ベノワ・フネロンと関連しています。アメリカ人のジェームズ・ビシェノ・フランシスとレスター・アラン・ペルトンによって、再度性能が改善されました。これらのタービンは、落差が小さい流れや不規則に変動する流れがある水流に使用される場合、その効果が限定的でした。この分さをきっかけとして、カプランは、これらのタービンの改良を追求しました。

カプランタービンの設置 写真提供:NTM
K

ヴィクトル・カプランは、ウィーン工科大学を卒業後、ブルノのドイツ工科大学に移りました。彼はそれ以降ここで30年間、水車の問題、特に、いわゆるフランシス水車の効率向上を目指して研究しました。作動領域での形状、ブレードの数、そしてその調整能力を探求していました。彼は、ブレードがプロペラのように作動し、流れに適応しなければならないという結論に達しました。1910年にカプランは、ストレク鋳造・機械工業(Storek‘s Iron foundry and Machine-works)の当時の代表を務めていたハインリヒ・ストレクと共同で、特別タービン実験室を設立しました。そこで彼はフランシス水車のブレード間流路の拡大に取り組んだものの、プロペラに似たローターを得ただけに終わりましたが、そこには調整可能なブレードも装備されていました。彼は、1913年に発明の特許を出願しましたが、手続は1918年まで続きました。

ブルノ工科大学水力実験室にあったオリジナルの試験カプランタービン、プラハ国立技術博物コレクション蔵。 写真提供:NTM 写真:カテジナ・ウクソヴァー
彼の発明の独創性は、小・中流量で高効率を維持する変動流に従ったブレードの旋回にある。

カプランタービン

この世界的に重要な発見はスムーズに進展せず、誤解やフランシス水車を生産する企業の反対によって妨げられました。しかし、1912年から13年にかけて、カプランは主な発明のうち4つを連続して特許出願しました。これらのいわゆるカプランタービンは、大量に製造され始め、他の国でも使用されていました。最初の困難は、大河川に設置されたカプランタービンが壊滅的に故障し始めたときに生じ始めました。その原因は、タービン圧力の急激な変化を引き起こす水中での気泡形成、いわゆるキャビテーションの現象がそのときまで軽減されなかったことにありました。キャビテーションの問題は、カプランの共同研究によって1922年に解決されたので、カプランタービンのさらなる開発と生産は継続することができました。1931年に、ヴィクトル・カプランは、ブルノを離れて故国オーストリアへ行き、そこで27ヶ国における280件もの膨大な特許アジェンダに取り組みました。

実用化された最初のカプランタービンは、ニーダーエスターライヒ州のベルマの繊維工場に設置されました。それは、以前の会社であるイグナーツ・ストレク(Ignác Storek、ブルノの鋳造所兼製鉄所)によって、1918年から1919年にかけて生産されたもので、1952年まで稼働しました。チェコスロバキア領土における最初のタービンは、1921年にポジェブラディ市に設置されました。水力タービン生産は、世界大戦後に最も発展しました。国営企業であるチェー・カー・デー・ブランスコ(ČKD Blansko)は、戦前の水力タービン生産を継続し、技術開発を進めました。彼らの研究開発は、主に小規模運転に必要な高速タービンの高速化に重点を置いており、また、高勾配領域でのタービンの使用にも注力していました。このような努力はブリュッセルの博覧会で世界的に認知され、94,500kWの容量と70.5mの勾配を持つオルリーク水力発電所のカプランタービンが、エキスポ58のグランプリを受賞しました。

カプランタービンの設置+++写真提供:NTM

カプランによる書き込み+++写真提供:NTM+++写真:カテジナ・ウクソヴァー

 

 

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