קפלן נגד פרנסיס טורבינה
מים, תמיד בתנועה, נושאים איתם אנרגיה. בני אדם תמיד תהו על הכוח האדיר של זה ולעתים קרובות עשו שימוש בכוח. אבל, רק בעקבות המאה ה-19, מהנדסים פיתחו מכונות כדי לרתום את האנרגיה הזו ביעילות. טורבינות הן המכונות שנועדו ללכוד את האנרגיה מזרימת הנוזל ולהפוך אותה לאנרגיה מכנית.
טורבינת פרנסיס וטורבינת קפלן הן שני סוגים של טורבינות תגובה המשמשות בתחנות כוח הידרו להנעת הגנרטור. הם הסוגים הנפוצים ביותר של טורבינות המשמשות בתחנות הכוח המודרניות.
Francis Turbine
טורבינת פרנסיס פותחה על ידי האנגלי ג'יימס ב. פרנסיס בשנת 1849 בזמן שעבד כמהנדס ראשי של חברת המנעולים והתעלות. הטורבינה תוכננה להנעת מכונות מפעל הטקסטיל באמצעות הנהר הסמוך. באמצעות שיטות מדעיות וניסויים הוא הצליח לפתח את העיצוב כדי להגיע ליעילות של עד 90%. כיום טורבינות פרנסיס הן הטורבינות הנפוצות ביותר בעולם.
טורבינת פרנסיס סגורה במארז, וללהבים יש תכונות מעוקלות מיוחדות שנועדו להשיג ביצועים מיטביים מהטורבינה. טורבינות פרנסיס פועלות מתחת לראש מים של 10-650 מטר והגנרטור המונע על ידי הטורבינה יכול לתת הספק של עד 750 MW. לטורבינות טווח מהירות בין 80 ל-100 סיבובים לדקה.
לטורבינת פרנסיס יש מכלול פיר אנכי, ומכלול רוטור בכיוון אופקי, הנקרא רץ, הפועל מתחת למים. כניסת המים גם היא אנכית ומופנית לכיוון הרץ על ידי שבבי הדרכה הניתנים לשליטה.הרץ מסתובב בעיקר בגלל המשקל/לחץ של המים.
קפלן טורבינת
טורבינת קפלן פותחה ב-1913 על ידי הפרופסור האוסטרי ויקטור קפלן. היא ידועה גם בתור טורבינת המדחף מכיוון שהרץ שלה דומה למדחף של ספינה. יש לו להבים ושערים מתכווננים כדי להשיג את היעילות האופטימלית בתנאי לחץ/ראש שונים. לכן, טורבינת קפלן יכולה להשיג יעילות של עד 95% ולפעול בתנאי ראש נמוך מה שלא אפשרי בטורבינות פרנסיס.
בטורבינת קפלן גם הרץ מונע על ידי הלחץ ורמת כניסת המים נשלטת על ידי שבבי ההדרכה. ראש המים של טורבינת קפלן נע בין 10-70 מטר ותפוקת הספק הגנרטור יכולה להיות בין 5-120 MW. קוטר הרץ הוא כ-2-8 מטר ומספק 80-430 סיבובים לדקה. היות שטורבינות קפלן מסוגלות לפעול בתנאי ראש נמוך, הן משמשות בייצור כוח בזרימה גבוהה ובראש נמוך ברחבי העולם.
מה ההבדל בין טורבינות קפלן לפרנסיס?
• בקפלן טורבינת מים נכנסים צירית ויוצאים צירית, בעוד שבפרנסיס טורבינה מים נכנסים לרץ רדיאלית ויוצאים צירית.
• לרנר הטורבינה של קפלן יש 3-8 להבים, בעוד שרץ הטורבינה של פרנסיס יש 15-25 להבים באופן כללי.
• לטורבינת קפלן יש יעילות גבוהה יותר מטורבינת פרנסיס.
• טורבינת קפלן קטנה וקומפקטית יותר בהשוואה לטורבינת פרנסיס.
• מהירות הסיבוב (RPM) גבוהה מזו של טורבינת פרנסיס.
• לטורבינת קפלן יש אובדן חיכוך קטן יותר ויעילות גבוהה יותר.
• טורבינות קפלן יכולות לפעול במגוון רחב של תנאי ראש, אבל טורבינת פרנסיס דורשת תנאי ראש גבוהים יחסית.
• טורבינות קפלן משמשות בתחנות כוח הידרו קטנות.
