Каплан срещу Франсис Турбин
Водата, винаги в движение, носи енергия със себе си. Хората винаги са се чудили на огромната му сила и често са се възползвали от силата. Но едва в началото на 19-ти век инженерите разработиха машини, за да използват тази енергия ефективно. Турбините са машини, предназначени да улавят енергията от флуидния поток и да я превръщат в механична енергия.
Турбината на Франсис и турбината на Каплан са два типа реактивни турбини, използвани във водноелектрическите централи за задвижване на генератора. Те са най-често срещаните видове турбини, които се използват в съвременните електроцентрали.
Франсис Турбин
Турбината на Франсис е разработена от англичанина Джеймс Б. Франсис през 1849 г., докато работи като главен инженер на компанията Locks and Canals. Турбината е предназначена за захранване на машините на текстилната фабрика, използващи близката река. Използвайки научни методи и експерименти, той успя да разработи дизайна за постигане на ефективност до 90%. Днес турбините на Франсис са най-широко използваните турбини в света.
Турбината на Франсис е затворена в корпус, а лопатките имат специални извити характеристики, предназначени да получат оптимална производителност от турбината. Турбините на Франсис работят при воден напор от 10-650 метра, а генераторът, задвижван от турбината, може да даде мощност до 750 MW. Турбините имат скоростен диапазон от 80 до 100 оборота в минута.
Турбината на Франсис има вертикален възел на вала и хоризонтално ориентиран роторен възел, наречен бегач, който работи под вода. Входът за вода също е вертикален и е насочен към плъзгача чрез управляеми водещи лопатки. Бегачът се върти главно поради теглото / налягането на водата.
Каплан турбина
Турбината на Каплан е разработена през 1913 г. от австрийския професор Виктор Каплан. Известна е още като витлова турбина, защото въртящата се част наподобява витлото на кораб. Разполага с регулируеми лопатки и вратички за постигане на оптимална ефективност при различни условия на налягане/напор. Следователно турбината на Kaplan може да постигне ефективност до 95% и да работи при условия на нисък напор, което не е възможно при турбините на Francis.
В турбината на Kaplan също въртящият се задвижва от налягането и нивото на входящата вода се контролира от водещите лопатки. Водният напор на турбината на Каплан варира от 10-70 метра, а изходната мощност на генератора може да бъде от 5-120 MW. Диаметърът на бегача е около 2-8 метра и осигурява 80-430 оборота в минута. Тъй като турбините на Kaplan могат да работят при условия на нисък напор, те се използват в производството на електроенергия с висок дебит и нисък напор по целия свят.
Каква е разликата между Kaplan и Francis Turbines?
• При турбината на Kaplan водата навлиза аксиално и излиза аксиално, докато при турбината на Francis водата навлиза в колелото радиално и излиза аксиално.
• Турбинният въртящ механизъм на Каплан има 3-8 лопатки, докато турбинният въртящ механизъм на Франсис обикновено има 15-25 лопатки.
• Турбината на Каплан има по-висока ефективност от турбината на Франсис.
• Турбината на Каплан е по-малка и компактна в сравнение с турбината на Франсис.
• Скоростта на въртене (RPM) е по-висока от тази на турбината на Франсис.
• Каплановата турбина има по-малки загуби от триене и по-висока ефективност.
• Турбините на Каплан могат да работят при широк диапазон от условия на напор, но турбината на Франсис изисква относително по-високи условия на напор.
• Каплан турбините се използват в малки водноелектрически централи.
