Evolution från Francisturbin till Kaplanturbin

Francisturbin omvandlar energi vid högtryckshöjder som inte är lättillgängliga och därför krävdes en turbin för att omvandla energin vid lågtryckshöjder, givet att mängden vatten var tillräckligt stor. Det var lätt att konvertera högtryckshuvuden till kraft lätt men svårt att göra det för lågtryckshuvuden . Därför skedde en utveckling som omvandlade Francis-turbinen till Kaplanturbin , som genererade kraft även vid låga tryckhöjder effektivt.

Ändringar

Turbiner är ibland differentierade på basis av typen av inloppsflöde, om inloppshastigheten är i axiell riktning, radiell riktning eller en kombination av båda. Francisturbinen är en blandad hydraulisk turbin (inloppshastigheten har radiella och tangentiella komponenter) medan Kaplanturbinen är en axiell hydraulisk turbin (inloppshastigheten har endast axiell hastighetskomponent ). Utvecklingen bestod huvudsakligen av förändringen i inloppsflödet.

Bilden beskriver förändringarna i hastighetstrianglar vid minskning av den specifika hastigheten eller minskning av tryckhöjden och visar slutligen utvecklingen från Francis Hydraulisk turbin till Kaplan Hydraulisk turbin.

Nomenklatur för en hastighetstriangel:

En generell hastighetstriangel består av följande vektorer:

V : Absolut hastighet för vätskan.
U : Tangentiell hastighet för vätskan.
V _r : Relativ hastighet för vätskan efter kontakt med rotorn .
V _w : Tangentiell komponent av V (absolut hastighet), kallad virvelhastighet .
V _f : Flödeshastighet (axiell komponent i fallet med axiella maskiner, radiell komponent i fallet med radiella maskiner).
α : Vinkel som görs av V med maskinens plan (vanligtvis munstycksvinkeln eller styrbladets vinkel).
β : Vinkel för rotorbladet eller vinkel som skapas av relativ hastighet med tangentiell riktning.

Generellt arbetar Kaplanturbinen på lågtryckshöjder (H) och höga flödeshastigheter (Q). Detta innebär att den specifika hastigheten (N _s ) på vilken Kaplanturbinen fungerar är hög då den specifika hastigheten (N _sp ) är direkt proportionell mot Flödet (Q) och omvänt proportionell mot Head (H). Å andra sidan arbetar Francis-turbinen på låga specifika hastigheter , dvs högtryckshuvuden .

I figuren kan man se att ökningen av Specifik hastighet (eller minskning av Head) har följande konsekvenser:

En minskning av inloppshastigheten _V1 .
Flödeshastigheten Vfl vid inloppet ökar och tillåter därför _en stor mängd vätska att komma in i turbinen .
Vw _- komponenten minskar när den flyttas till Kaplanturbinen, och här i figuren representerar Vf axiell (V _a₎ komponent.
Flödet vid inloppet, i figuren, till alla löparna , utom Kaplan- hjulet , är i radiella (V _f ) och tangentiella (Vw) riktningar.
β ₁ minskar när utvecklingen fortskrider.
Utgångshastigheten är dock axiell i Kaplan löpare , medan den är den radiella i alla andra löpare.

Detta är därför de parameterändringar som måste införlivas vid konvertering av en Francis-turbin till Kaplanturbin .

Allmänna skillnader mellan Francis- och Kaplanturbiner

Kaplanturbinens effektivitet är högre än Francisturbinens.
Kaplanturbinen är mer kompakt i tvärsnitt och har lägre rotationshastighet än Francisturbinens.
I Kaplanturbin rinner vattnet axiellt in och axiellt ut medan det i Francisturbin är radiellt in och axiellt ut.
Löparvingarna i Kaplanturbinen är färre då bladen är vridna och täcker en större omkrets.
Friktionsförlusterna i Kaplanturbinen är mindre.
Axeln på en Francis-turbin är vanligtvis vertikal, men i många av de tidiga maskinerna var den horisontell, medan den i Kaplan-turbiner alltid är vertikal.
Francis Turbines specifika hastighet är medelhög (60-300 rpm) och Kaplan Turbines specifika hastighet är hög (300-1000 rpm).

Se även

Anteckningar

Venkanna, BK (2011). Grunderna för turbomaskineri . Prentice Hall Indien. ISBN 978-81-203-3775-6 .
Govinde Gowda, MS (2011). En lärobok med turbomaskiner . Davangere : MM Publishers.
SK Agrawal (1 februari 2001). Vätskemekanik och maskiner . Tata McGraw-Hill utbildning. ISBN 978-0-07-460005-4 . Hämtad 23 maj 2013 .