Kaplan vs Francis Turbine
L'acqua, sempre in movimento, porta con sé energia. Gli umani si sono sempre meravigliati dell'enorme potere di esso e spesso ne hanno fatto uso. Ma, solo sulla scia del 19° secolo, gli ingegneri svilupparono macchinari per sfruttare questa energia con efficienza. Le turbine sono le macchine progettate per catturare l'energia dal flusso del fluido e trasformarla in energia meccanica.
La turbina Francis e la turbina Kaplan sono due tipi di turbine a reazione utilizzate nelle centrali idroelettriche per azionare il generatore. Sono i tipi più comuni di turbine utilizzate nelle moderne centrali elettriche.
Turbina Francis
La turbina Francis è stata sviluppata dall'inglese James B. Francis nel 1849 mentre lavorava come ingegnere capo della Locks and Canals Company. La turbina è stata progettata per alimentare le macchine della fabbrica tessile che utilizzano il fiume vicino. Utilizzando metodi scientifici e sperimentazioni è stato in grado di sviluppare il design per raggiungere un'efficienza fino al 90%. Oggi le turbine Francis sono le turbine più utilizzate al mondo.
La turbina Francis è racchiusa in un involucro e le pale hanno speciali caratteristiche curve progettate per ottenere prestazioni ottimali dalla turbina. Le turbine Francis operano sotto un battente d'acqua di 10-650 metri e il generatore azionato dalla turbina può fornire una potenza fino a 750 MW. Le turbine hanno una gamma di velocità da 80 a 100 giri al minuto.
La turbina Francis ha un gruppo albero verticale e un gruppo rotore orientato orizzontalmente, chiamato corridore, che funziona sott'acqua. Anche l'ingresso dell'acqua è verticale ed è diretto verso la guida da alette di guida controllabili. La guida ruota principalmente a causa del peso/pressione dell'acqua.
Turbina Kaplan
La turbina Kaplan è stata sviluppata nel 1913 dal professore austriaco Viktor Kaplan. È anche conosciuta come la turbina dell'elica perché il suo corridore ricorda l'elica di una nave. Ha lame regolabili e cancelletti per ottenere l'efficienza ottimale in diverse condizioni di pressione/prevalenza. Pertanto, la turbina Kaplan può ottenere efficienze fino al 95% e funzionare in condizioni di bassa prevalenza, cosa non possibile nelle turbine Francis.
Nella turbina Kaplan anche il canale è azionato dalla pressione e il livello dell'acqua in ingresso è controllato dalle palette di guida. Il s alto d'acqua della turbina Kaplan varia da 10 a 70 metri e la potenza del generatore può variare da 5 a 120 MW. Il diametro della guida è di circa 2-8 metri e fornisce 80-430 giri al minuto. Poiché le turbine Kaplan sono in grado di funzionare in condizioni di bassa prevalenza, vengono utilizzate nella produzione di energia ad alta portata e bassa prevalenza in tutto il mondo.
Qual è la differenza tra le turbine Kaplan e Francis?
• Nella turbina Kaplan l'acqua entra assialmente ed esce assialmente, mentre nella turbina Francis l'acqua entra radialmente nel canale ed esce assialmente.
• La girante della turbina Kaplan ha 3-8 pale mentre la girante della turbina Francis ha 15-25 lame in generale.
• La turbina Kaplan ha un'efficienza maggiore della turbina Francis.
• La turbina Kaplan è più piccola e compatta rispetto alla turbina Francis.
• La velocità di rotazione (RPM) è superiore a quella della turbina Francis.
• La turbina Kaplan ha una minore perdita di attrito e una maggiore efficienza.
• Le turbine Kaplan possono funzionare in un'ampia gamma di condizioni di prevalenza, ma la turbina Francis richiede condizioni di prevalenza relativamente più elevate.
• Le turbine Kaplan sono utilizzate nelle piccole centrali idroelettriche.
