Kaplan gegen Francis Turbine
Wasser, immer in Bewegung, trägt Energie mit sich. Die Menschen haben sich immer über die enorme Kraft gewundert und oft Gebrauch von der Kraft gemacht. Aber erst nach dem 19. Jahrhundert entwickelten Ingenieure Maschinen, um diese Energie effizient zu nutzen. Turbinen sind Maschinen, die dazu bestimmt sind, die Energie aus dem Flüssigkeitsstrom einzufangen und in mechanische Energie umzuwandeln.
Francis-Turbine und die Kaplan-Turbine sind zwei Arten von Reaktionsturbinen, die in Wasserkraftwerken zum Antrieb des Generators verwendet werden. Sie sind die häufigsten Turbinentypen, die in modernen Kraftwerken verwendet werden.
Francis Turbine
Francis-Turbine wurde 1849 von dem Engländer James B. Francis entwickelt, als er als Chefingenieur der Locks and Canals Company arbeitete. Die Turbine wurde entwickelt, um die Maschinen der Textilfabrik über den nahe gelegenen Fluss anzutreiben. Mit wissenschaftlichen Methoden und Experimenten konnte er das Design entwickeln, um einen Wirkungsgrad von bis zu 90 % zu erreichen. Heute sind Francis-Turbinen die am weitesten verbreiteten Turbinen der Welt.
Die Francis-Turbine ist in einem Gehäuse eingeschlossen, und die Schaufeln haben spezielle gekrümmte Merkmale, die entwickelt wurden, um eine optimale Leistung der Turbine zu erzielen. Francis-Turbinen arbeiten unter einer Wassersäule von 10 bis 650 Metern und der von der Turbine angetriebene Generator kann eine Leistung von bis zu 750 MW abgeben. Die Turbinen haben einen Drehzahlbereich von 80 bis 100 Umdrehungen pro Minute.
Die Francis-Turbine hat eine vertikale Wellenbaugruppe und eine horizontal ausgerichtete Rotorbaugruppe, die als Läufer bezeichnet wird und unter Wasser arbeitet. Der Wassereintritt erfolgt ebenfalls vertikal und wird durch steuerbare Leitschaufeln zum Laufrad geleitet. Der Läufer dreht sich hauptsächlich durch das Gewicht / den Druck des Wassers.
Kaplan-Turbine
Kaplan-Turbine wurde 1913 von dem österreichischen Professor Viktor Kaplan entwickelt. Sie wird auch Propellerturbine genannt, weil ihr Laufrad einem Schiffspropeller ähnelt. Es verfügt über verstellbare Lamellen und Leitgitter, um die optimale Effizienz bei unterschiedlichen Druck-/Fallhöhenbedingungen zu erzielen. Daher kann die Kaplan-Turbine einen Wirkungsgrad von bis zu 95 % erreichen und unter Bedingungen mit niedriger Förderhöhe betrieben werden, was bei Francis-Turbinen nicht möglich ist.
Bei der Kaplan-Turbine wird auch das Laufrad durch den Druck angetrieben und der Wassereintrittspegel wird durch die Leitschaufeln gesteuert. Die Wassersäule der Kaplan-Turbine reicht von 10 bis 70 Metern und die Generatorleistung kann von 5 bis 120 MW betragen. Der Laufraddurchmesser beträgt ca. 2-8 Meter und liefert 80-430 Umdrehungen pro Minute. Da die Kaplan-Turbinen bei niedriger Fallhöhe betrieben werden können, werden sie weltweit in der Stromerzeugung mit hohem Durchfluss und geringer Fallhöhe eingesetzt.
Was ist der Unterschied zwischen Kaplan- und Francis-Turbinen?
• Bei Kaplan-Turbinen tritt Wasser axial ein und axial aus, während bei Francis-Turbinen Wasser radial in das Laufrad eintritt und axial austritt.
• Das Kaplan-Turbinenlaufrad hat 3-8 Schaufeln, während das Francis-Turbinenlaufrad im Allgemeinen 15-25 Schaufeln hat.
• Die Kaplan-Turbine hat einen höheren Wirkungsgrad als die Francis-Turbine.
• Die Kaplan-Turbine ist kleiner und kompakter als die Francis-Turbine.
• Die Drehzahl (RPM) ist höher als die der Francis-Turbine.
• Die Kaplan-Turbine hat geringere Reibungsverluste und einen höheren Wirkungsgrad.
• Kaplan-Turbinen können unter einer Vielzahl von Druckbedingungen betrieben werden, aber die Francis-Turbine erfordert relativ höhere Druckbedingungen.
• Kaplanturbinen werden in kleinen Wasserkraftwerken eingesetzt.
