Kaplan vs Francisova turbína
Voda, vždy v pohybe, nesie so sebou energiu. Ľudia sa vždy čudovali jej obrovskej sile a často ju využívali. Ale až na začiatku 19. storočia inžinieri vyvinuli stroje na efektívne využitie tejto energie. Turbíny sú stroje navrhnuté tak, aby zachytávali energiu z prúdu tekutiny a premieňali ju na mechanickú energiu.
Francisova turbína a Kaplanova turbína sú dva typy reakčných turbín používaných vo vodných elektrárňach na pohon generátora. Sú to najbežnejšie typy turbín, ktoré sa používajú v moderných elektrárňach.
Francisova turbína
Francisova turbína bola vyvinutá Angličanom Jamesom B. Francisom v roku 1849, keď pracoval ako hlavný inžinier spoločnosti Locks and Canals Company. Turbína bola navrhnutá na poháňanie strojov textilnej továrne pomocou neďalekej rieky. Pomocou vedeckých metód a experimentov dokázal vyvinúť dizajn tak, aby dosiahol až 90% účinnosť. Francisove turbíny sú dnes najpoužívanejšie turbíny na svete.
Francisova turbína je uzavretá v skrini a lopatky majú špeciálne zakrivené prvky navrhnuté tak, aby z turbíny získali optimálny výkon. Francisove turbíny pracujú pod vodnou výškou 10-650 metrov a generátor poháňaný turbínou môže poskytnúť výkon až 750 MW. Turbíny majú rozsah otáčok od 80 do 100 otáčok za minútu.
Francisova turbína má vertikálnu hriadeľovú zostavu a horizontálne orientovanú rotorovú zostavu, nazývanú obežník, ktorý pracuje pod vodou. Prívod vody je tiež zvislý a je nasmerovaný na bežec pomocou ovládateľných vodiacich lopatiek. Bežec sa otáča hlavne v dôsledku hmotnosti / tlaku vody.
Kaplanova turbína
Kaplanovu turbínu vyvinul v roku 1913 rakúsky profesor Viktor Kaplan. Je tiež známa ako vrtuľová turbína, pretože jej bežec pripomína lodnú skrutku. Má nastaviteľné lopatky a bránky na dosiahnutie optimálnej účinnosti v rôznych podmienkach tlaku/hlavy. Preto môže Kaplanova turbína dosiahnuť účinnosť až 95 % a pracovať pri nízkej spáde, čo nie je možné pri Francisových turbínach.
V Kaplanovej turbíne je tiež obežný hriadeľ poháňaný tlakom a úroveň prívodu vody je riadená vodiacimi lopatkami. Vodná výška Kaplanovej turbíny sa pohybuje od 10-70 metrov a výkon generátora môže byť od 5-120 MW. Priemer bežca je asi 2-8 metrov a poskytuje 80-430 otáčok za minútu. Keďže Kaplanove turbíny sú schopné pracovať v podmienkach nízkej spádu, používajú sa pri výrobe energie s vysokým prietokom a nízkou spádom po celom svete.
Aký je rozdiel medzi Kaplanovými a Francisovými turbínami?
• V Kaplanovej turbíne voda vstupuje axiálne a odchádza axiálne, zatiaľ čo vo Francisovej turbíne voda vstupuje do obežného kolesa radiálne a vystupuje axiálne.
• Obežník Kaplanovej turbíny má 3-8 lopatiek, zatiaľ čo obežník Francisovej turbíny má vo všeobecnosti 15-25 lopatiek.
• Kaplanova turbína má vyššiu účinnosť ako Francisova turbína.
• Kaplanova turbína je menšia a kompaktnejšia v porovnaní s Francisovou turbínou.
• Rýchlosť otáčania (RPM) je vyššia ako u Francisovej turbíny.
• Kaplanova turbína má menšie straty trením a vyššiu účinnosť.
• Kaplanove turbíny môžu pracovať v širokom rozsahu podmienok spádu, ale Francisova turbína vyžaduje relatívne vyššie tlaky.
• Kaplanove turbíny sa používajú v malých vodných elektrárňach.
