Kaplan kontra Francis Turbine
Woda, zawsze w ruchu, niesie ze sobą energię. Ludzie zawsze zastanawiali się nad jej ogromną mocą i często z niej korzystali. Jednak dopiero w XIX wieku inżynierowie opracowali maszyny do efektywnego wykorzystania tej energii. Turbiny to maszyny zaprojektowane do przechwytywania energii z przepływu płynu i przekształcania jej w energię mechaniczną.
Turbina Franciszka i turbina Kaplana to dwa rodzaje turbin reakcyjnych stosowanych w elektrowniach wodnych do napędzania generatora. Są to najczęściej spotykane typy turbin, które są wykorzystywane w nowoczesnych elektrowniach.
Turbina Franciszka
Turbina Francisa została opracowana przez Anglika Jamesa B. Francisa w 1849 roku, gdy pracował jako główny inżynier w firmie Locks and Canals Company. Turbina została zaprojektowana do zasilania maszyn fabryki włókienniczej za pomocą pobliskiej rzeki. Korzystając z metod naukowych i eksperymentów, udało mu się opracować projekt, aby osiągnąć sprawność do 90%. Dziś turbiny Francisa są najczęściej używanymi turbinami na świecie.
Turbina Francisa jest zamknięta w obudowie, a łopatki mają specjalne zakrzywione cechy zaprojektowane w celu uzyskania optymalnej wydajności turbiny. Turbiny Francisa pracują pod ciśnieniem 10-650 metrów, a generator napędzany przez turbinę może dać moc do 750 MW. Turbiny mają zakres prędkości od 80 do 100 obrotów na minutę.
Turbina Franciszka ma pionowy zespół wału i poziomo zorientowany zespół wirnika, zwany runnerem, który działa pod wodą. Wlot wody jest również pionowy i kierowany w stronę rynny za pomocą sterowanych łopatek kierujących. 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 śmigła, ponieważ jej prowadnica przypomina śrubę napędową statku. Posiada regulowane łopaty i furtki, aby uzyskać optymalną wydajność w różnych warunkach ciśnienia / głowicy. Dlatego turbina Kaplana może osiągnąć sprawność do 95% i pracować w warunkach niskiego ciśnienia, co nie jest możliwe w turbinach Francisa.
W turbinie Kaplana również biegacz jest napędzany przez ciśnienie, a poziom dopływu wody jest kontrolowany przez łopatki kierujące. Wysokość podnoszenia turbiny Kaplana waha się od 10-70 metrów, a moc generatora może wynosić od 5-120 MW. Średnica prowadnicy wynosi około 2-8 metrów i zapewnia 80-430 obrotów na minutę. Ponieważ turbiny Kaplana mogą pracować w warunkach niskiego spadu, są one wykorzystywane w produkcji energii o wysokim przepływie i niskim spadzie na całym świecie.
Jaka jest różnica między turbinami Kaplana i Francisa?
• W turbinie Kaplana woda wpływa osiowo i wypływa osiowo, podczas gdy w turbinie Francisa woda wpływa do rynny promieniowo i wypływa osiowo.
• Wspornik turbiny Kaplana ma 3-8 łopatek, podczas gdy wirnik turbiny Francisa ma ogólnie 15-25 łopatek.
• Turbina Kaplana ma wyższą sprawność niż turbina Francisa.
• Turbina Kaplana jest mniejsza i kompaktowa w porównaniu z turbiną Francisa.
• Prędkość obrotowa (RPM) jest wyższa niż w przypadku turbiny Francisa.
• Turbina Kaplana charakteryzuje się mniejszymi stratami tarcia i wyższą wydajnością.
• Turbiny Kaplana mogą pracować w szerokim zakresie spadu, ale turbina Francisa wymaga stosunkowo wyższego spadu.
• Turbiny Kaplana są wykorzystywane w małych elektrowniach wodnych.
