التطور من توربين فرانسيس إلى توربين كابلان

توربينات فرانسيس تحويل الطاقة تحت ضغط عالي من رؤوس المياه التي لا يمكن الحصول عليها بسهولة ، لذلك مع الأخذ في الاعتبار أن حجم الماء كبير بما يكفي ، فإن التوربينات مطلوبة لتحويل الطاقة تحت رؤوس الماء ذات الضغط المنخفض ، ومن السهل تحويل رأس مرتفع إلى طاقة ، ولكن من الصعب مع الرأس المنخفض ، ومن هنا التطور الذي حدث لتحويل توربينات فرانسيس إلى توربينات كابلان ، والتي تولد الكهرباء بكفاءة حتى عند انخفاض الرأس.

التغييرات

• يتم تمييز التوربينات أحيانًا حسب نوع تدفق المدخل ، سواء كانت سرعة المدخل موجهة محوريًا أو شعاعيًا أو مزيجًا من كليهما. سرعة المدخل لها مكونات سرعة محورية فقط). يشمل التطور بشكل أساسي تغييرات في حركة الدخول.

• تسمية مثلث السرعة:

• يتكون مثلث السرعة العامة من المتجهات التالية:

• الخامس: السرعة المطلقة للسائل.

• U: السرعة المماسية للسائل.

• Vr: السرعة النسبية للسائل بعد ملامسته للعضو الدوار.

• Vw: مكوّن مماسي لـ V (السرعة المطلقة) ، يسمى السرعة الدورانية.

• Vf: سرعة التدفق (المكون المحوري في حالة الآلات المحورية ، والمكون الشعاعي في حالة الآلات الشعاعية).

• α: تكون الزاوية V مع مستوى الماكينة (عادةً زاوية الفوهة أو زاوية الريشة).

• β: الزاوية أو السرعة النسبية لريش الدوار في الاتجاه العرضي.

عادةً ما تعمل توربينات كابلان عند رأس منخفض (H) وتدفق مرتفع (Q) ، وهذا يعني أن توربينات كابلان تعمل بسرعة عالية محددة (Ns) لأن السرعة المحددة (Nsp) تتناسب طرديًا مع التدفق (Q) وتتناسب عكسياً مع الرأس (ح) من ناحية أخرى ، تعمل توربينات فرانسيس بسرعة منخفضة محددة ، أي رأس مرتفع.كما يتضح من الشكل ، فإن الزيادة في السرعة المحددة (أو انخفاض الرأس) لها العواقب التالية:

• يتم تقليل سرعة المدخل V1.

• يتم زيادة سرعة التدفق Vf1 عند المدخل ، مما يسمح بدخول كمية كبيرة من السوائل إلى التوربين.

• يقلل مكون Vw من الانتقال إلى توربين كابلان ، وفي الشكل ، يمثل Vf المكون المحوري (Va).

• في الشكل ، يكون التدفق عند المدخل في اتجاهات شعاعية (V) وعرضية (Vw) لجميع العدائين باستثناء دافع Kaplan.

• β1 يتناقص مع تقدم التطور.

• ومع ذلك ، فإن سرعة خروج عداء كابلان محورية ، بينما تكون سرعة الخروج لجميع العدائين الآخرين شعاعية.هذه هي التغييرات في المعلمات التي يجب دمجها عند تحويل توربين فرانسيس إلى توربين كابلان.

الفروق العامة بين توربينات فرانسيس وكابلان

كفاءة توربين كابلان أعلى من توربين فرانسيس.تعد توربين كابلان أكثر إحكاما في المقطع العرضي ولها سرعة دوران أقل من توربين فرانسيس.في توربين كابلان ، يتدفق الماء محوريًا إلى الداخل والخارج محوريًا بينما في توربين فرانسيس يكون شعاعيًا داخل وخارج محوريًا.تكون شفرات العداء في توربين كابلان أقل عددًا لأن الشفرات ملتوية وتغطي محيطًا أكبر.خسائر الاحتكاك في توربين كابلان أقل.عادةً ما يكون عمود توربين فرانسيس عموديًا ، ولكن في العديد من الآلات القديمة كان أفقيًا ، بينما في Kaplan Turbines يكون دائمًا عموديًا.السرعة المحددة لتوربينات فرانسيس متوسطة (60-300 دورة في الدقيقة) وسرعة كابلان توربين عالية (300-1000 دورة في الدقيقة).