Kaplan vs Francis Turbine
Woda, zawsze w ruchu, niesie ze sobą energię. Ludzie zawsze dziwili się jej ogromnej mocy i często z niej korzystali. Jednak dopiero u schyłku XIX wieku inżynierowie opracowali maszyny, które miały spożytkować tę energię z wydajnością. Turbiny to maszyny zaprojektowane do wychwytywania energii z przepływu płynu i przekształcania jej w energię mechaniczną.
Turbina Francisa i turbina Kaplana to dwa rodzaje turbin reakcyjnych stosowanych w elektrowniach wodnych do napędzania generatora. Są to najpopularniejsze typy turbin, które są stosowane w nowoczesnych elektrowniach.
Francis Turbine
Turbina Francisa została opracowana przez Anglika Jamesa B. Francisa w 1849 roku, pracując jako główny inżynier w Locks and Canals Company. Turbina została zaprojektowana do zasilania maszyn tekstylnych wykorzystujących pobliską rzekę. Korzystając z metod naukowych i eksperymentów, był w stanie opracować projekt, aby osiągnąć nawet 90% wydajności. Obecnie turbiny Francisa są najczęściej używanymi turbinami na świecie.
Turbina Francisa jest zamknięta w obudowie, a łopatki mają specjalne zakrzywione cechy zaprojektowane tak, aby uzyskać optymalną wydajność turbiny. Turbiny Francisa pracują pod spiętrzeniem 10-650 metrów, a generator napędzany przez turbinę może dawać moc do 750 MW. Turbiny mają zakres prędkości od 80 do 100 obrotów na minutę.
Turbina Francisa ma pionowy zespół wału i poziomo zorientowany zespół wirnika, zwany wodzikiem, który pracuje pod wodą. Wlot wody jest również pionowy i jest skierowany w stronę rynny za pomocą sterowanych kierownic. Biegacz obraca się głównie pod wpływem ciężaru / ciśnienia wody.
Turbina Kaplana
Turbina Kaplana została opracowana w 1913 roku przez austriackiego profesora Viktora Kaplana. Znana jest również jako turbina śmigłowa, ponieważ jej prowadnica przypomina śrubę napędową statku. Posiada regulowane kierownice i furtki, aby uzyskać optymalną wydajność w różnych warunkach ciśnienia / wysokości podnoszenia. Dlatego turbina Kaplana może uzyskać sprawność do 95% i pracować w warunkach niskiego ciśnienia, co nie jest możliwe w turbinach Francisa.
W turbinie Kaplana również biegacz jest napędzany ciśnieniem, a poziom doprowadzanej wody jest kontrolowany przez kierownice. Wysokość podnoszenia turbiny Kaplana wynosi od 10 do 70 metrów, a moc generatora może wynosić od 5 do 120 MW. Średnica prowadnicy wynosi około 2-8 metrów i zapewnia 80-430 obrotów na minutę. Ponieważ turbiny Kaplana są w stanie pracować w warunkach niskiego podnoszenia, są używane do produkcji energii przy dużym przepływie i małej wysokości podnoszenia na całym świecie.
Jaka jest różnica między turbinami Kaplan i Francis?
• W turbinie Kaplana woda wpływa osiowo i wypływa osiowo, podczas gdy w turbinie Francisa woda wpływa do prowadnicy promieniowo i wypływa osiowo.
• Prowadnica turbiny Kaplana ma 3-8 łopatek, podczas gdy prowadnica turbiny Francisa ma ogólnie 15-25 łopatek.
• Turbina Kaplana ma wyższą sprawność niż turbina Francisa.
• Turbina Kaplana jest mniejsza i zwarta w porównaniu do turbiny Francisa.
• Prędkość obrotowa (RPM) jest wyższa niż w przypadku turbiny Francisa.
• Turbina Kaplana ma mniejsze straty spowodowane tarciem i wyższą sprawność.
• Turbiny Kaplana mogą pracować w szerokim zakresie warunków podnoszenia, ale turbina Francisa wymaga stosunkowo wyższych warunków podnoszenia.
• Turbiny Kaplana są stosowane w małych elektrowniach wodnych.
