Kaplan vs Francis Turbine
Aina liikkeessä oleva vesi kantaa energiaa mukanaan. Ihmiset ovat aina ihmetelleet sen v altavaa voimaa ja usein käyttäneet sitä hyväkseen. Mutta vasta 1800-luvun jälkeen insinöörit kehittivät koneita valjastamaan tämän energian tehokkaasti. Turbiinit ovat koneita, jotka on suunniteltu keräämään energiaa nestevirrasta ja muuttamaan se mekaaniseksi energiaksi.
Francis-turbiini ja Kaplan-turbiini ovat kahden tyyppisiä reaktioturbiineja, joita käytetään vesivoimalaitoksissa generaattorin käyttämiseen. Ne ovat yleisimmät nykyaikaisissa voimalaitoksissa käytetyt turbiinityypit.
Francis Turbine
Francis-turbiinin kehitti englantilainen James B. Francis vuonna 1849, kun hän työskenteli Locks and Canals Companyn pääinsinöörinä. Turbiini suunniteltiin läheisen joen voimanlähteeksi tekstiilitehtaan koneille. Tieteellisten menetelmien ja kokeilun avulla hän pystyi kehittämään suunnittelua saavuttamaan jopa 90 % tehokkuuden. Nykyään Francis-turbiinit ovat maailman laajimmin käytettyjä turbiineja.
Francis-turbiini on suljettu koteloon, ja siivissä on erityisiä kaarevia ominaisuuksia, jotka on suunniteltu saavuttamaan turbiinin optimaalinen suorituskyky. Francis-turbiinit toimivat 10-650 metrin vesikorkeuden alla ja turbiinin käyttämä generaattori voi antaa jopa 750 MW:n tehon. Turbiinien nopeusalue on 80-100 kierrosta minuutissa.
Francis-turbiinissa on pystysuora akselikokoonpano ja vaakasuoraan suunnattu roottorikokoonpano, nimeltään juoksija, joka toimii veden alla. Veden tuloaukko on myös pystysuora, ja se ohjataan ohjattavien ohjaussiipien avulla jalustaan. Juoksupyörä pyörii pääasiassa veden painon/paineen vuoksi.
Kaplan Turbine
Kaplan-turbiinin kehitti vuonna 1913 itäv altalainen professori Viktor Kaplan. Se tunnetaan myös potkuriturbiinina, koska sen jakoputki muistuttaa laivan potkuria. Siinä on säädettävät terät ja käyntiportit optimaalisen tehokkuuden saavuttamiseksi erilaisissa paine-/pääolosuhteissa. Siksi Kaplan-turbiini voi nostaa hyötysuhteen jopa 95 % ja toimia matalapainetilassa, mikä ei ole mahdollista Francis-turbiineissa.
Kaplan-turbiinissa myös jakoputkia ohjaa paine ja veden tulotasoa ohjataan ohjaussiiveillä. Kaplan-turbiinin vesikorkeus on 10-70 metriä ja generaattorin teho voi olla 5-120 MW. Juoksuputken halkaisija on noin 2-8 metriä ja se tuottaa 80-430 kierrosta minuutissa. Koska Kaplan-turbiinit pystyvät toimimaan matalakorkoisissa olosuhteissa, niitä käytetään suuren virtauksen matalakorkoisessa sähköntuotannossa kaikkialla maailmassa.
Mitä eroa on Kaplanilla ja Francis Turbinesilla?
• Kaplanissa turbiinissa vesi tulee aksiaalisesti sisään ja lähtee aksiaalisesti, kun taas Francis-turbiinissa vesi tulee kanavaan radiaalisesti ja poistuu aksiaalisesti.
• Kaplan-turbiinin juoksupyörässä on 3–8 siipeä, kun taas Francis-turbiinin juoksupyörässä on yleensä 15–25 siipeä.
• Kaplan-turbiinilla on suurempi hyötysuhde kuin Francis-turbiinilla.
• Kaplan-turbiini on pienempi ja kompakti verrattuna Francis-turbiiniin.
• Pyörimisnopeus (RPM) on suurempi kuin Francis-turbiinin.
• Kaplan-turbiinilla on pienempi kitkahäviö ja suurempi hyötysuhde.
• Kaplan-turbiinit voivat toimia monenlaisissa paineolosuhteissa, mutta Francis-turbiini vaatii suhteellisen korkeamman paineen.
• Kaplan-turbiineja käytetään pienissä vesivoimalaitoksissa.
