Kaplan tegen Francis Turbine
Water, altijd in beweging, draagt energie met zich mee. Mensen hebben zich altijd afgevraagd over de enorme kracht ervan en maakten vaak gebruik van de kracht. Maar pas in de nasleep van de 19e eeuw ontwikkelden ingenieurs machines om deze energie efficiënt te benutten. Turbines zijn de machines die zijn ontworpen om de energie uit de vloeistofstroom op te vangen en om te zetten in mechanische energie.
Francis-turbine en de Kaplan-turbine zijn twee soorten reactieturbines die in waterkrachtcentrales worden gebruikt om de generator aan te drijven. Het zijn de meest voorkomende soorten turbines die in de moderne energiecentrales worden gebruikt.
Francis Turbine
De Francis-turbine werd in 1849 ontwikkeld door de Engelsman James B. Francis terwijl hij werkte als hoofdingenieur van de Locks and Canals Company. De turbine is ontworpen om de machines van de textielfabriek van stroom te voorzien met behulp van de nabijgelegen rivier. Met behulp van wetenschappelijke methoden en experimenten kon hij het ontwerp ontwikkelen om tot 90% efficiëntie te bereiken. Tegenwoordig zijn Francis-turbines de meest gebruikte turbines ter wereld.
Francis-turbine is ingesloten in een behuizing en de bladen hebben speciale gebogen kenmerken die zijn ontworpen om optimale prestaties van de turbine te krijgen. Francis-turbines werken onder een waterkolom van 10-650 meter en de door de turbine aangedreven generator kan een vermogen leveren tot 750 MW. De turbines hebben een toerentalbereik van 80 tot 100 omwentelingen per minuut.
Francis-turbine heeft een verticale asconstructie en een horizontaal georiënteerde rotorsamenstelling, de runner genaamd, die onder water werkt. De waterinlaat is ook verticaal en wordt naar de loper gericht door regelbare leischoepen. De loper draait voornamelijk vanwege het gewicht / de druk van het water.
Kaplan-turbine
Kaplan-turbine werd in 1913 ontwikkeld door de Oostenrijkse professor Viktor Kaplan. Het is ook bekend als de propellerturbine omdat de loper ervan lijkt op de propeller van een schip. Het heeft verstelbare bladen en looppoorten om de optimale efficiëntie te verkrijgen in verschillende druk- / hoofdomstandigheden. Daarom kan Kaplan-turbine efficiëntie tot 95% behalen en werken onder omstandigheden met een laag hoofd, wat niet mogelijk is in Francis-turbines.
In de Kaplan-turbine wordt ook de loper aangedreven door de druk en wordt het waterinvoerniveau geregeld door de leischoepen. De waterkolom van de Kaplan-turbine varieert van 10-70 meter en het generatorvermogen kan van 5-120 MW zijn. De diameter van de loper is ongeveer 2-8 meter en levert 80-430 omwentelingen per minuut. Omdat de Kaplan-turbines kunnen werken onder omstandigheden met een lage opvoerhoogte, worden ze over de hele wereld gebruikt voor energieproductie met een hoog debiet en een laag hoofd.
Wat is het verschil tussen Kaplan- en Francis-turbines?
• In Kaplan-turbine komt het water axiaal binnen en verlaat het axiaal, terwijl in Francis-turbine het water de loper radiaal binnenkomt en axiaal verlaat.
• De Kaplan-turbinegeleider heeft 3-8 bladen, terwijl de Francis-turbinegeleider in het algemeen 15-25 bladen heeft.
• Kaplan-turbine heeft een hoger rendement dan Francis-turbine.
• Kaplan-turbine is kleiner en compact in vergelijking met Francis-turbine.
• De rotatiesnelheid (RPM) is hoger dan die van de Francis-turbine.
• Kaplan-turbine heeft minder wrijvingsverlies en een hoger rendement.
• Kaplan-turbines kunnen onder een breed scala van hoofdcondities werken, maar Francis-turbines vereisen relatief hogere opvoerhoogtes.
• Kaplan-turbines worden gebruikt in kleine waterkrachtcentrales.
