Kaplan vs Francis Turbine
A víz, amely mindig mozgásban van, energiát hordoz magával. Az emberek mindig is csodálkoztak ennek hatalmas erején, és gyakran használtak is. De csak a 19. század nyomán a mérnökök olyan gépeket fejlesztettek ki, amelyek ezt az energiát hatékonyan hasznosítják. A turbinák olyan gépek, amelyek a folyadékáramból származó energiát felfogják és mechanikai energiává alakítják.
A Francis turbina és a Kaplan turbina kétféle reakcióturbina, amelyet vízerőművekben használnak a generátor meghajtására. Ezek a turbinák leggyakoribb típusai, amelyeket a modern erőművekben használnak.
Francis Turbine
A Francis turbinát az angol James B. Francis fejlesztette ki 1849-ben, miközben a Locks and Canals Company főmérnökeként dolgozott. A turbinát a textilgyári gépek meghajtására tervezték a közeli folyó segítségével. Tudományos módszerekkel és kísérletezéssel ki tudta fejleszteni a tervezést, hogy elérje a 90%-os hatékonyságot. Ma a Francis turbinák a legszélesebb körben használt turbinák a világon.
A Francis turbina egy burkolatba van zárva, és a lapátok speciális ívelt jellemzőkkel rendelkeznek, amelyek célja a turbina optimális teljesítményének elérése. A Francis turbinák 10-650 méteres vízmagasság alatt működnek, és a turbina által hajtott generátor akár 750 MW teljesítményt is tud adni. A turbinák fordulatszáma 80-100 fordulat/perc.
A Francis turbinának van egy függőleges tengelye, és egy vízszintesen orientált forgórésze, az úgynevezett futómű, amely víz alatt működik. A vízbemenet szintén függőleges, és vezérelhető vezetőlapátokkal a csúszó felé irányítják. A futómű főleg a víz súlya/nyomása miatt forog.
Kaplan Turbine
A Kaplan turbinát 1913-ban Viktor Kaplan osztrák professzor fejlesztette ki. Légcsavar turbinának is nevezik, mert a futója egy hajó propellerére hasonlít. Állítható lapátokkal és személybejáró kapukkal rendelkezik, hogy az optimális hatékonyságot érje el különböző nyomás/fejviszonyok között. Emiatt a Kaplan turbina akár 95%-os hatásfokot is elérhet, és alacsony nyomás mellett is működhet, ami a Francis turbinákban nem lehetséges.
A Kaplan turbinában a csúszót is a nyomás hajtja, a vízbemeneti szintet pedig a vezetőlapátok szabályozzák. A Kaplan turbina vízmagassága 10-70 méter, a generátor teljesítménye 5-120 MW lehet. A futómű átmérője körülbelül 2-8 méter, és percenként 80-430 fordulatot ad le. Mivel a Kaplan turbinák alacsony nyomású körülmények között is működnek, világszerte nagy áramlású, alacsony nyomású energiatermelésben használják őket.
Mi a különbség a Kaplan és a Francis Turbines között?
• A Kaplan turbinában a víz axiálisan lép be és távozik, míg a Francis turbinában a víz sugárirányban lép be a futóba és axiálisan távozik.
• A Kaplan turbinafutó 3-8 lapáttal, míg a Francis turbinafutó általában 15-25 lapáttal rendelkezik.
• A Kaplan turbina hatásfoka nagyobb, mint a Francis turbina.
• A Kaplan turbina kisebb és kompakt a Francis turbinához képest.
• A forgási sebesség (RPM) nagyobb, mint a Francis turbináé.
• A Kaplan turbina kisebb súrlódási veszteséggel és nagyobb hatásfokkal rendelkezik.
• A Kaplan turbinák a fejviszonyok széles tartományában működhetnek, de a Francis turbinákhoz viszonylag magasabb nyomásviszonyok szükségesek.
• A Kaplan turbinákat kis vízerőművekben használják.
