Эволюция от турбины Фрэнсиса к турбине Каплана

Турбина Фрэнсиса преобразует энергию при высоком напоре, который нелегко получить, и поэтому требовалась турбина для преобразования энергии при низком напоре, учитывая, что количество воды было достаточно большим. Преобразовать головки высокого давления в электроэнергию было легко, но трудно сделать это для головок низкого давления . Таким образом, произошла эволюция, которая превратила турбину Фрэнсиса в турбину Каплана , которая эффективно генерировала мощность даже при низком напоре .

Изменения

Турбины иногда различают по типу входного потока, независимо от того, имеет ли входная скорость осевое направление, радиальное направление или их комбинацию. Турбина Фрэнсиса представляет собой смешанную гидравлическую турбину (скорость на входе имеет радиальную и тангенциальную составляющие), а турбина Каплана представляет собой осевую гидравлическую турбину (скорость на входе имеет только осевую составляющую скорости ). Эволюция заключалась в основном в изменении впускного потока.

Номенклатура треугольника скоростей:

Общий треугольник скоростей состоит из следующих векторов: ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

V : Абсолютная скорость жидкости.
U : Тангенциальная скорость жидкости.
V _r : Относительная скорость жидкости после контакта с ротором .
V _w : Тангенциальная составляющая V (абсолютная скорость), называемая вихревой скоростью .
V _f : Скорость потока (осевая составляющая в случае осевых машин, радиальная в случае радиальных).
α : Угол, образуемый буквой V с плоскостью машины (обычно угол сопла или угол направляющего полотна).
β : Угол лопасти ротора или угол, образуемый относительной скоростью с тангенциальным направлением.

Как правило, турбина Каплана работает при низком напоре (H) и высоком расходе (Q). Это означает, что удельная скорость (N _s ), на которой работает турбина Каплана, высока, поскольку удельная скорость (N _sp ) прямо пропорциональна расходу (Q) и обратно пропорциональна напору (H). С другой стороны, турбина Фрэнсиса работает на низких удельных скоростях, т.е. с высоким напором.

На рисунке видно, что увеличение удельной скорости (или уменьшение напора) имеет следующие последствия:

Уменьшение входной скорости V ₁ .
Скорость потока V _f1 на входе увеличивается и, следовательно, позволяет большому количеству жидкости попасть в турбину.
Компонента Vw _{уменьшается по мере продвижения к турбине Каплана, и} здесь на рисунке Vf _{представляет} собой осевую (Va ₎ составляющую.
Поток на входе (на рисунке) ко всем рабочим колесам Каплана , за исключением рабочего колеса , протекает в радиальном (V _f ) и тангенциальном (Vw) направлениях.
β ₁ уменьшается по мере развития.
Каплана скорость на выходе осевая Однако у бегуна , а у всех остальных бегунов — радиальная.

Следовательно, именно эти изменения параметров необходимо учитывать при преобразовании турбины Фрэнсиса в турбину Каплана .

Общие различия между турбинами Фрэнсиса и Каплана

КПД турбины Каплана выше, чем турбины Фрэнсиса.
Турбина Каплана имеет меньшее поперечное сечение и более низкую скорость вращения, чем турбина Фрэнсиса.
В турбине Каплана вода втекает по оси и выходит по оси, а в турбине Фрэнсиса она втекает радиально и выходит по оси.
Турбина Каплана имеет меньше рабочих лопаток, чем турбина Фрэнсиса, потому что лопасти турбины Каплана закручены и покрывают большую окружность.
Потери на трение в турбине Каплана меньше.
Вал турбины Фрэнсиса обычно вертикальный (во многих ранних машинах он был горизонтальным), тогда как в турбине Каплана он всегда вертикальный.
Удельная скорость турбины Фрэнсиса средняя (60–300 об/мин); Удельная частота вращения турбины Каплана высока (300–1000 об/мин).

См. также

Примечания

^ Венканна, БК (2011). Основы турбомашиностроения . Прентис Холл Индия. ISBN 978-81-203-3775-6 .
^ Говинде Гауда, MS (2011). Учебник турбомашин . Давангере : Издательство MM.

Ссылки

Венканна, БК (2011). Основы турбомашиностроения . Прентис Холл Индия. ISBN 978-81-203-3775-6 .
Говинде Гауда, MS (2011). Учебник турбомашин . Давангере : Издательство MM.
С.К. Агравал (1 февраля 2001 г.). Гидравлическая механика и оборудование . Тата МакГроу-Хилл Образование. ISBN 978-0-07-460005-4 . Проверено 23 мая 2013 г.

[venkanna-1] Венканна, БК (2011). Основы турбомашиностроения . Прентис Холл Индия. ISBN 978-81-203-3775-6 .

[govindegowda-2] Говинде Гауда, MS (2011). Учебник турбомашин . Давангере : Издательство MM.

[ 1 ]

[ 2 ]