Kaplan vs Francis Turbine
Vesi, mis on alati liikumises, kannab endaga energiat. Inimesed on alati imestanud selle tohutu võimsuse üle ja sageli seda jõudu kasutanud. Kuid alles 19. sajandil töötasid insenerid välja masinad selle energia tõhusaks kasutamiseks. Turbiinid on masinad, mis on loodud vedeliku voolust energia kogumiseks ja selle mehaaniliseks energiaks muutmiseks.
Francise turbiin ja Kaplani turbiin on kahte tüüpi reaktsiooniturbiine, mida kasutatakse hüdroelektrijaamades generaatori juhtimiseks. Need on kõige levinumad turbiinitüübid, mida tänapäevastes elektrijaamades kasutatakse.
Francise Turbine
Francise turbiini töötas välja inglane James B. Francis aastal 1849, töötades samal ajal Locks and Canals Company peainsenerina. Turbiin oli mõeldud tekstiilivabriku masinate toiteks läheduses asuva jõe abil. Teaduslikke meetodeid ja katseid kasutades suutis ta välja töötada disaini, et saavutada kuni 90% efektiivsus. Tänapäeval on Francise turbiinid maailmas kõige laialdasem alt kasutatavad turbiinid.
Francise turbiin on suletud korpusesse ja labadel on spetsiaalsed kumerad omadused, mis on loodud turbiini optimaalse jõudluse saavutamiseks. Francise turbiinid töötavad 10-650-meetrise veekõrguse all ja turbiini juhitav generaator suudab anda väljundvõimsust kuni 750 MW. Turbiinide pöörlemissagedus on vahemikus 80 kuni 100 pööret minutis.
Francise turbiinil on vertikaalne võlli koost ja horisontaalselt orienteeritud rootorikoost, mida nimetatakse jooksjaks, mis töötab vee all. Vee sisselaskeava on samuti vertikaalne ja juhitavate juhtlabade abil suunatud jooksja poole. Jooksja pöörleb peamiselt vee raskuse/surve tõttu.
Kaplan Turbine
Kaplani turbiini töötas 1913. aastal välja Austria professor Viktor Kaplan. Seda tuntakse ka propellerturbiinina, kuna selle jooksja meenutab laeva sõukruvi. Sellel on reguleeritavad labad ja jalgväravad, et saavutada optimaalne efektiivsus erinevates rõhu/pea tingimustes. Seetõttu võib Kaplani turbiini kasutegur suurendada kuni 95% ja töötada madalal tasemel, mis pole Francise turbiinide puhul võimalik.
Kaplani turbiinil juhib ka jooksutoru rõhk ja vee sisselaske taset juhivad juhtlabad. Kaplani turbiini veekõrgus jääb vahemikku 10-70 meetrit ja generaatori väljundvõimsus võib olla 5-120 MW. Jooksja läbimõõt on umbes 2-8 meetrit ja see teeb 80-430 pööret minutis. Kuna Kaplani turbiinid on võimelised töötama madala rõhuga tingimustes, kasutatakse neid suure voolu ja madala rõhuga elektritootmises kogu maailmas.
Mis vahe on Kaplanil ja Francis Turbinesil?
• Kaplanis siseneb turbiini vesi aksiaalselt ja väljub aksiaalselt, samas kui Francis turbiini puhul siseneb vesi jooksurisse radiaalselt ja väljub aksiaalselt.
• Kaplani turbiinijooksul on 3–8 laba, samas kui Francise turbiinijooksul on üldiselt 15–25 laba.
• Kaplani turbiinil on suurem kasutegur kui Francise turbiinil.
• Kaplani turbiin on Francise turbiiniga võrreldes väiksem ja kompaktne.
• Pöörlemiskiirus (RPM) on suurem kui Francise turbiinil.
• Kaplani turbiinil on väiksem hõõrdekadu ja suurem kasutegur.
• Kaplani turbiinid võivad töötada laias valikus peatingimustes, kuid Francise turbiinid nõuavad suhteliselt kõrgemaid tõusetingimusi.
• Kaplani turbiine kasutatakse väikestes hüdroelektrijaamades.
