Kaplan εναντίον Francis Turbine
Το νερό, πάντα σε κίνηση, μεταφέρει ενέργεια μαζί του. Οι άνθρωποι πάντα αναρωτιόντουσαν για την τεράστια δύναμή του και συχνά έκαναν χρήση της δύναμης. Όμως, μόνο στον απόηχο του 19ου αιώνα, οι μηχανικοί ανέπτυξαν μηχανήματα για να αξιοποιήσουν αυτή την ενέργεια με αποτελεσματικότητα. Οι τουρμπίνες είναι οι μηχανές που έχουν σχεδιαστεί για να συλλαμβάνουν την ενέργεια από τη ροή του ρευστού και να τη μετατρέπουν σε μηχανική ενέργεια.
Ο στρόβιλος Francis και ο στρόβιλος Kaplan είναι δύο τύποι στροβίλων αντίδρασης που χρησιμοποιούνται σε υδροηλεκτρικούς σταθμούς για την κίνηση της γεννήτριας. Είναι οι πιο συνηθισμένοι τύποι στροβίλων που χρησιμοποιούνται στους σύγχρονους σταθμούς παραγωγής ενέργειας.
Francis Turbine
Ο στρόβιλος Francis αναπτύχθηκε από τον Άγγλο James B. Francis το 1849 ενώ εργαζόταν ως επικεφαλής μηχανικός της εταιρείας Locks and Canals. Ο στρόβιλος σχεδιάστηκε για να τροφοδοτεί τις μηχανές του εργοστασίου κλωστοϋφαντουργίας χρησιμοποιώντας τον ποταμό που βρίσκεται κοντά. Χρησιμοποιώντας επιστημονικές μεθόδους και πειραματισμούς μπόρεσε να αναπτύξει το σχέδιο για να επιτύχει έως και 90% αποτελεσματικότητα. Σήμερα οι τουρμπίνες Francis είναι οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενοι στρόβιλοι στον κόσμο.
Ο στρόβιλος Francis περικλείεται σε ένα περίβλημα και τα πτερύγια έχουν ειδικά καμπύλα χαρακτηριστικά που έχουν σχεδιαστεί για να επιτυγχάνουν βέλτιστη απόδοση από τον στρόβιλο. Οι τουρμπίνες Francis λειτουργούν κάτω από κεφαλή νερού 10-650 μέτρων και η γεννήτρια που κινείται από τον στρόβιλο μπορεί να δώσει ισχύ έως και 750 MW. Οι τουρμπίνες έχουν εύρος στροφών από 80 έως 100 στροφές ανά λεπτό.
Ο στρόβιλος Francis έχει ένα συγκρότημα κάθετου άξονα και ένα συγκρότημα ρότορα με οριζόντιο προσανατολισμό, που ονομάζεται δρομέας, το οποίο λειτουργεί κάτω από το νερό. Η είσοδος του νερού είναι επίσης κάθετη και κατευθύνεται προς τον δρομέα μέσω ελεγχόμενων οδηγών πτερυγίων. Ο δρομέας περιστρέφεται κυρίως λόγω του βάρους / πίεσης του νερού.
Στροβίλου Kaplan
Ο στρόβιλος Kaplan αναπτύχθηκε το 1913 από τον Αυστριακό καθηγητή Viktor Kaplan. Είναι επίσης γνωστός ως τουρμπίνα προπέλας επειδή ο δρομέας του μοιάζει με τον έλικα ενός πλοίου. Διαθέτει ρυθμιζόμενες λεπίδες και αυλόπορτες για τη βέλτιστη απόδοση σε διαφορετικές συνθήκες πίεσης/κεφαλής. Επομένως, ο στρόβιλος Kaplan μπορεί να αποκτήσει απόδοση έως και 95% και να λειτουργεί υπό συνθήκες χαμηλής κεφαλής, κάτι που δεν είναι δυνατό στους στρόβιλους Francis.
Στον στρόβιλο Kaplan επίσης ο δρομέας κινείται από την πίεση και η στάθμη εισόδου νερού ελέγχεται από τα πτερύγια οδήγησης. Η κεφαλή νερού του στροβίλου Kaplan κυμαίνεται από 10-70 μέτρα και η ισχύς της γεννήτριας μπορεί να είναι από 5-120 MW. Η διάμετρος του δρομέα είναι περίπου 2-8 μέτρα και αποδίδει 80-430 στροφές ανά λεπτό. Δεδομένου ότι οι στρόβιλοι Kaplan είναι σε θέση να λειτουργούν υπό συνθήκες χαμηλής κεφαλής, χρησιμοποιούνται σε παραγωγή ισχύος υψηλής ροής και χαμηλής κεφαλής σε όλο τον κόσμο.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ Kaplan και Francis Turbines;
• Στον στρόβιλο Kaplan το νερό εισέρχεται αξονικά και εξέρχεται αξονικά, ενώ στον στρόβιλο Francis το νερό εισέρχεται στον δρομέα ακτινικά και εξέρχεται αξονικά.
• Ο δρομέας στροβίλου Kaplan έχει 3-8 πτερύγια ενώ ο δρομέας στροβίλου Francis έχει 15-25 πτερύγια γενικά.
• Ο στρόβιλος Kaplan έχει υψηλότερη απόδοση από τον στρόβιλο Francis.
• Ο στρόβιλος Kaplan είναι μικρότερος και συμπαγής σε σύγκριση με τον στρόβιλο Francis.
• Η ταχύτητα περιστροφής (RPM) είναι υψηλότερη από αυτή του στροβίλου Francis.
• Ο στρόβιλος Kaplan έχει μικρότερη απώλεια τριβής και υψηλότερη απόδοση.
• Οι στρόβιλοι Kaplan μπορούν να λειτουργήσουν υπό ένα ευρύ φάσμα συνθηκών κεφαλής, αλλά ο στρόβιλος Francis απαιτεί σχετικά υψηλότερες συνθήκες κεφαλής.
• Οι τουρμπίνες Kaplan χρησιμοποιούνται σε μικρούς υδροηλεκτρικούς σταθμούς.
