کاپلان مقابل فرانسیس توربین
آب، همیشه در حرکت، انرژی را با خود حمل می کند. انسان ها همیشه از قدرت فوق العاده آن شگفت زده بوده اند و اغلب از آن استفاده کرده اند. اما، تنها در آغاز قرن نوزدهم، مهندسان ماشین آلاتی را برای مهار این انرژی با کارایی ایجاد کردند. توربین ها ماشین هایی هستند که برای جذب انرژی از جریان سیال و تبدیل آن به انرژی مکانیکی طراحی شده اند.
توربین فرانسیس و توربین کاپلان دو نوع توربین واکنشی هستند که در نیروگاه های آبی برای به حرکت درآوردن ژنراتور استفاده می شوند. آنها رایج ترین انواع توربین هایی هستند که در نیروگاه های مدرن استفاده می شوند.
فرانسیس توربین
توربین فرانسیس توسط جیمز بی فرانسیس انگلیسی در سال 1849 در حالی که به عنوان مهندس ارشد شرکت Locks and Canals کار می کرد، توسعه یافت. این توربین برای تامین انرژی ماشین‌های کارخانه نساجی با استفاده از رودخانه نزدیک طراحی شده است. او با استفاده از روش های علمی و آزمایش توانست طراحی را توسعه دهد تا به بازدهی 90 درصدی دست یابد. امروزه توربین های فرانسیس پرکاربردترین توربین ها در جهان هستند.
توربین فرانسیس در یک محفظه محصور شده است و پره ها دارای ویژگی های منحنی خاصی هستند که برای به دست آوردن عملکرد بهینه از توربین طراحی شده اند. توربین های فرانسیس در زیر هد آب 10 تا 650 متر کار می کنند و ژنراتور که توسط توربین هدایت می شود می تواند تا 750 مگاوات توان تولید کند. این توربین ها دارای محدوده سرعتی بین 80 تا 100 دور در دقیقه هستند.
توربین فرانسیس دارای یک مجموعه شفت عمودی و یک مجموعه روتور جهت افقی به نام رانر است که در زیر آب کار می کند. ورودی آب نیز عمودی است و توسط پره های راهنمای قابل کنترل به سمت رانر هدایت می شود.دونده عمدتاً به دلیل وزن / فشار آب می چرخد.
توربین کاپلان
توربین کاپلان در سال 1913 توسط پروفسور اتریشی ویکتور کاپلان ساخته شد. به توربین پروانه ای نیز معروف است، زیرا رانر آن شبیه پروانه یک کشتی است. دارای تیغه های قابل تنظیم و گیت های ویکت برای به دست آوردن راندمان بهینه در شرایط مختلف فشار/سر. بنابراین، توربین کاپلان می تواند تا 95 درصد راندمان کسب کند و در شرایط هد پایین کار کند که در توربین های فرانسیس امکان پذیر نیست.
در توربین کاپلان نیز رانر توسط فشار هدایت می شود و سطح آب ورودی توسط پره های راهنما کنترل می شود. هد آب توربین کاپلان بین 10-70 متر است و توان خروجی ژنراتور می تواند بین 5-120 مگاوات باشد. قطر دونده حدود 2-8 متر است و 80-430 دور در دقیقه انجام می دهد. از آنجایی که توربین‌های کاپلان می‌توانند در شرایط هد پایین کار کنند، در تولید برق با جریان بالا و هد پایین در سراسر جهان استفاده می‌شوند.
تفاوت بین توربین های Kaplan و Francis چیست؟
• در توربین کاپلان، آب به صورت محوری وارد و خارج می شود، در حالی که در توربین فرانسیس، آب به صورت شعاعی وارد رانر شده و به صورت محوری خارج می شود.
• رانر توربین کاپلان دارای 3-8 پره است در حالی که رانر توربین فرانسیس به طور کلی دارای 15-25 پره است.
• توربین کاپلان راندمان بالاتری نسبت به توربین فرانسیس دارد.
• توربین کاپلان در مقایسه با توربین فرانسیس کوچکتر و فشرده تر است.
• سرعت چرخش (RPM) بیشتر از توربین فرانسیس است.
• توربین کاپلان تلفات اصطکاک کمتر و راندمان بالاتری دارد.
• توربین های Kaplan می توانند تحت طیف وسیعی از شرایط سر کار کنند، اما توربین فرانسیس به شرایط سر نسبتاً بالاتری نیاز دارد.
• توربین های کاپلان در نیروگاه های آبی کوچک استفاده می شود.
