Evolución de turbina Francis a turbina Kaplan

turbinas francis convertir energía bajo cabezas de agua a alta presión que no se obtienen fácilmente, por lo que considerando que el volumen de agua es lo suficientemente grande, se requieren turbinas para convertir energía bajo cabezas de agua a baja presión. Es fácil convertir una cabeza alta en energía, pero es difícil con una caída baja. De ahí la evolución que tuvo lugar para convertir las turbinas Francis en turbinas Kaplan, que generan electricidad de manera eficiente incluso con una caída baja.

Cambios

• Las turbinas a veces se diferencian por el tipo de flujo de entrada, ya sea que la velocidad de entrada esté orientada axialmente, radialmente o una combinación de ambas. Las turbinas Francis son turbinas híbridas (la velocidad de entrada tiene componentes radiales y tangenciales), mientras que las turbinas axiales son turbinas axiales ( la velocidad de entrada solo tiene componentes de velocidad axial). La evolución incluye principalmente cambios en el tráfico de entrada.

• Nomenclatura del Triángulo de Velocidad:

• Un triángulo de velocidad general consta de los siguientes vectores:

• V: Velocidad absoluta del fluido.

• U: Velocidad tangencial del fluido.

• Vr: La velocidad relativa del fluido después del contacto con el rotor.

• Vw: Componente tangencial de V (velocidad absoluta), denominada velocidad de torbellino.

• Vf: Velocidad de flujo (componente axial en el caso de máquinas axiales, componente radial en el caso de máquinas radiales).

• α: El ángulo que forma V con el plano de la máquina (generalmente el ángulo de la boquilla o el ángulo de la paleta).

• β: Ángulo o velocidad relativa de las palas del rotor a la dirección tangencial.

Por lo general, las turbinas Kaplan funcionan a baja altura (H) y alto caudal (Q). Esto significa que las turbinas Kaplan funcionan a alta velocidad específica (Ns) porque la velocidad específica (Nsp) es directamente proporcional al caudal (Q) e inversamente proporcional a la altura. (H). Por otro lado, las turbinas Francis trabajan a baja velocidad específica, es decir, cabeza alta.Como puede verse en la figura, un aumento en la velocidad específica (o una disminución en la cabeza) tiene las siguientes consecuencias:

• La velocidad de entrada V1 se reduce.

• La velocidad de flujo Vf1 en la entrada aumenta, lo que permite que un gran volumen de fluido ingrese a la turbina.

• La componente Vw disminuye pasando a una turbina Kaplan, y en la figura, Vf representa la componente axial (Va).

• En la figura, el flujo en la entrada está en dirección radial (Vf) y tangencial (Vw) para todos los rodetes excepto el impulsor Kaplan.

• β1 disminuye a medida que avanza la evolución.

• Sin embargo, la velocidad de salida del rodete Kaplan es axial, mientras que la velocidad de salida de todos los demás rodetes es radial.Estos son los cambios de parámetros que deben incorporarse al convertir una turbina Francis en una turbina Kaplan.

Diferencias generales entre turbinas Francis y Kaplan

La eficiencia de la turbina Kaplan es mayor que la turbina Francis.La turbina Kaplan es más compacta en sección transversal y tiene una velocidad de rotación más baja que la turbina Francis.En la turbina Kaplan, el agua entra y sale axialmente mientras que en la turbina Francis entra y sale axialmente.Las palas del rodete en la turbina Kaplan son menos numerosas ya que las palas están torcidas y cubren una circunferencia más grande.Las pérdidas por fricción en la turbina Kaplan son menores.El eje de una turbina Francis suele ser vertical, pero en muchas de las primeras máquinas era horizontal, mientras que en las turbinas Kaplan siempre es vertical.La velocidad específica de las turbinas Francis es media (60-300 rpm) y la velocidad específica de las turbinas Kaplan es alta (300-1000 rpm).