Kaplan vs Francis Turbine
Voda, vždy v pohybu, s sebou nese energii. Lidé se vždy zajímali o jeho obrovskou sílu a často tuto sílu využívali. Ale teprve na počátku 19. století vyvinuli inženýři stroje, aby tuto energii efektivně využili. Turbíny jsou stroje navržené k zachycení energie z proudu tekutiny a její přeměně na mechanickou energii.
Francisova turbína a Kaplanova turbína jsou dva typy reakčních turbín používaných ve vodních elektrárnách pro pohon generátoru. Jsou to nejběžnější typy turbín, které se používají v moderních elektrárnách.
Francisova turbína
Francisova turbína byla vyvinuta Angličanem Jamesem B. Francisem v roce 1849, když pracoval jako hlavní inženýr společnosti Locks and Canals Company. Turbína byla navržena pro pohon strojů textilní továrny pomocí nedaleké řeky. Pomocí vědeckých metod a experimentů dokázal vyvinout design tak, aby dosáhl až 90% účinnosti. Francisovy turbíny jsou dnes nejrozšířenějšími turbínami na světě.
Francisova turbína je uzavřena ve skříni a lopatky mají speciální zakřivené prvky navržené pro získání optimálního výkonu turbíny. Francisovy turbíny pracují pod vodním spádem 10-650 metrů a generátor poháněný turbínou může dát výkon až 750 MW. Turbíny mají rozsah otáček od 80 do 100 otáček za minutu.
Francisova turbína má svislou hřídelovou sestavu a vodorovně orientovanou sestavu rotoru, nazývanou oběžník, která pracuje pod vodou. Přívod vody je rovněž svislý a je nasměrován ovladatelnými vodicími lopatkami směrem k oběžnici. Běžec se otáčí hlavně kvůli hmotnosti / tlaku vody.
Kaplanova turbína
Kaplanova turbína byla vyvinuta v roce 1913 rakouským profesorem Viktorem Kaplanem. Je také známá jako vrtulová turbína, protože její oběh připomíná lodní šroub. Má nastavitelné lopatky a branky pro dosažení optimální účinnosti v různých podmínkách tlaku/hlavy. Kaplanova turbína proto může dosáhnout účinnosti až 95 % a může pracovat za podmínek nízké spádu, což u Francisových turbín není možné.
U Kaplanovy turbíny je také oběžné kolo poháněno tlakem a úroveň přívodu vody je řízena vodicími lopatkami. Vodní výška Kaplanovy turbíny se pohybuje v rozmezí 10-70 metrů a výkon generátoru může být 5-120 MW. Průměr oběžného kola je asi 2-8 metrů a poskytuje 80-430 otáček za minutu. Vzhledem k tomu, že Kaplanovy turbíny jsou schopny pracovat za podmínek nízké spádu, používají se při výrobě elektřiny s vysokým průtokem a nízkou spádem po celém světě.
Jaký je rozdíl mezi Kaplanovými a Francisovými turbínami?
• U Kaplanovy turbíny voda vstupuje axiálně a odchází axiálně, zatímco u Francisovy turbíny voda vstupuje do oběžného kola radiálně a vystupuje axiálně.
• Oběžné kolo Kaplanovy turbíny má 3–8 lopatek, zatímco oběh Francisovy turbíny má obecně 15–25 lopatek.
• Kaplanova turbína má vyšší účinnost než Francisova turbína.
• Kaplanova turbína je ve srovnání s Francisovou turbínou menší a kompaktní.
• Rychlost otáčení (RPM) je vyšší než u Francisovy turbíny.
• Kaplanova turbína má menší ztráty třením a vyšší účinnost.
• Kaplanovy turbíny mohou pracovat v širokém rozsahu podmínek spádu, ale Francisova turbína vyžaduje relativně vyšší spád.
• Kaplanovy turbíny se používají v malých vodních elektrárnách.
