Каплан және Фрэнсис Турбин
Әрқашан қозғалыстағы су өзімен бірге қуат алып жүреді. Адамдар әрқашан оның орасан зор күшіне таңданды және жиі күшті пайдаланды. Бірақ тек 19 ғасырдан кейін инженерлер бұл энергияны тиімді пайдалану үшін машиналарды жасады. Турбиналар – сұйықтық ағынынан энергияны алуға және оны механикалық энергияға айналдыруға арналған машиналар.
Фрэнсис турбинасы және Каплан турбинасы - гидроэлектр станцияларында генераторды басқару үшін қолданылатын реакциялық турбинаның екі түрі. Олар заманауи электр станцияларында қолданылатын турбиналардың ең көп таралған түрлері.
Francis Turbine
Фрэнсис турбинасын 1849 жылы Locks and Canals компаниясының бас инженері болып жұмыс істеген кезде ағылшын Джеймс Б. Фрэнсис жасаған. Турбина жақын маңдағы өзен арқылы тоқыма фабрикасының машиналарын қуаттандыруға арналған. Ғылыми әдістер мен эксперименттерді қолдана отырып, ол 90% тиімділікке қол жеткізу үшін дизайнды жасай алды. Бүгінгі таңда Фрэнсис турбиналары әлемдегі ең көп қолданылатын турбиналар болып табылады.
Фрэнсис турбинасы корпусқа салынған және қалақтардың турбинадан оңтайлы өнімділікке қол жеткізуге арналған арнайы қисық мүмкіндіктері бар. Фрэнсис турбиналары 10-650 метр судың астында жұмыс істейді және турбина басқаратын генератор 750 МВт-қа дейін қуат бере алады. Турбиналардың жылдамдық диапазоны минутына 80-ден 100 айналымға дейін.
Фрэнсис турбинасында тік білік жинағы және су астында жұмыс істейтін жүгіргіш деп аталатын көлденең бағытталған ротор жинағы бар. Су кірісі де тік және басқарылатын бағыттаушы қалақтармен жүгіргішке бағытталған. Жүгіргіш негізінен судың салмағы/қысымына байланысты айналады.
Каплан турбинасы
Каплан турбинасын 1913 жылы австриялық профессор Виктор Каплан жасаған. Ол сондай-ақ пропеллер турбинасы деп аталады, өйткені оның жүгірушісі кеменің винтіне ұқсайды. Оның әртүрлі қысым/бас жағдайында оңтайлы тиімділікті алу үшін реттелетін қалақтары мен қақпа қақпалары бар. Сондықтан Каплан турбинасы 95%-ға дейін тиімділікке қол жеткізе алады және Фрэнсис турбиналарында мүмкін емес қысымның төмен жағдайында жұмыс істей алады.
Каплан турбинасында жүгіруші қысыммен қозғалады және судың кіріс деңгейі бағыттаушы қалақтармен басқарылады. Каплан турбинасының су көтергіштігі 10-70 метр, ал генератордың қуаты 5-120 МВт болуы мүмкін. Жүгірушінің диаметрі шамамен 2-8 метрді құрайды және минутына 80-430 айналым жасайды. Каплан турбиналары төмен жүктеме жағдайында жұмыс істей алатындықтан, олар бүкіл әлемде жоғары ағынды, төмен қысымды қуат өндірісінде қолданылады.
Каплан мен Фрэнсис турбиндерінің айырмашылығы неде?
• Каплан турбинасында су ось бойынша еніп, ось бойынша шығады, ал Фрэнсис турбинасында су жүгіргішке радиалды түрде кіріп, осьтік түрде шығады.
• Каплан турбиналық жүгіргінде 3-8 қалақ бар, ал Фрэнсис турбиналық жүріс құралында жалпы 15-25 қалақ бар.
• Каплан турбинасы Фрэнсис турбинасына қарағанда тиімдірек.
• Каплан турбинасы Фрэнсис турбинасына қарағанда кішірек және ықшам.
• Айналу жылдамдығы (айн/мин) Фрэнсис турбинасының жылдамдығынан жоғары.
• Каплан турбинасының үйкеліс жоғалуы аз және тиімділігі жоғары.
• Каплан турбиналары бастың кең ауқымында жұмыс істей алады, бірақ Фрэнсис турбинасы салыстырмалы түрде жоғарырақ бас жағдайын қажет етеді.
• Каплан турбиналары шағын су электр станцияларында қолданылады.
