Kaplan proti Francis Turbine
Voda, ki je vedno v gibanju, s seboj nosi energijo. Ljudje smo se vedno spraševali o njeni izjemni moči in jo pogosto izkoriščali. Toda šele po začetku 19. stoletja so inženirji razvili stroje za učinkovito izkoriščanje te energije. Turbine so stroji, zasnovani za zajemanje energije iz toka tekočine in njeno pretvarjanje v mehansko energijo.
Francisova turbina in Kaplanova turbina sta dve vrsti reakcijskih turbin, ki se uporabljata v hidroelektrarnah za pogon generatorja. So najpogostejši tipi turbin, ki se uporabljajo v sodobnih elektrarnah.
Francis Turbine
Francisovo turbino je razvil Anglež James B. Francis leta 1849, ko je delal kot glavni inženir podjetja Locks and Canals Company. Turbina je bila zasnovana za napajanje strojev tekstilne tovarne, ki uporabljajo bližnjo reko. Z uporabo znanstvenih metod in poskusov mu je uspelo razviti zasnovo za doseganje do 90-odstotne učinkovitosti. Danes so Francisove turbine najbolj razširjene turbine na svetu.
Francisova turbina je zaprta v ohišje, lopatice pa imajo posebne ukrivljene lastnosti, ki so zasnovane za doseganje optimalne učinkovitosti turbine. Francisove turbine delujejo pod višino vode 10–650 metrov, generator, ki ga poganja turbina, pa lahko proizvede moč do 750 MW. Turbine imajo razpon hitrosti od 80 do 100 obratov na minuto.
Francisova turbina ima navpični sklop gredi in vodoravno usmerjen sklop rotorja, imenovan tekač, ki deluje pod vodo. Dovod vode je prav tako navpičen in je s krmiljenimi vodilnimi lopaticami usmerjen proti tekaču. Tekač se vrti predvsem zaradi teže/pritiska vode.
Kaplanova turbina
Kaplanovo turbino je leta 1913 razvil avstrijski profesor Viktor Kaplan. Znana je tudi kot propelerska turbina, ker njen tekač spominja na ladijski propeler. Ima nastavljive lamele in vrata za osebni prehod za doseganje optimalne učinkovitosti pri različnih pogojih tlaka/visoke višine. Zato lahko Kaplanova turbina pridobi učinkovitost do 95 % in deluje pri nizkem tlačnem tlaku, kar ni mogoče pri Francisovih turbinah.
Pri Kaplanovi turbini tudi kolesce poganja tlak, nivo vode pa nadzirajo vodilne lopatice. Vodna višina Kaplanove turbine se giblje od 10-70 metrov, izhodna moč generatorja pa je lahko od 5-120 MW. Premer tekača je približno 2-8 metrov in omogoča 80-430 obratov na minuto. Ker Kaplanove turbine lahko delujejo v pogojih nizkega padca, se po vsem svetu uporabljajo pri proizvodnji električne energije z visokim pretokom in nizkim padcem.
Kakšna je razlika med Kaplanovimi in Francisovimi turbinami?
• Pri Kaplanovi turbini voda vstopa aksialno in izstopa aksialno, medtem ko pri Francisovi turbini voda vstopa v kolesce radialno in izstopa aksialno.
• Kaplan turbinski tekač ima 3-8 lopatic, medtem ko ima Francisov turbinski tekač na splošno 15-25 lopatic.
• Kaplanova turbina ima večji izkoristek kot Francisova turbina.
• Kaplanova turbina je manjša in kompaktna v primerjavi s Francisovo turbino.
• Hitrost vrtenja (RPM) je višja kot pri Francisovi turbini.
• Kaplanova turbina ima manjše izgube zaradi trenja in večji izkoristek.
• Kaplanove turbine lahko delujejo v širokem razponu pogojev višine, vendar Francisova turbina zahteva razmeroma višje pogoje višine.
• Kaplanove turbine se uporabljajo v malih hidroelektrarnah.
