توربين فرانسيس

أحد العناصر الأكثر استخدامًا عالميًا لتوليد الطاقة الكهرومائية هو توربين فرانسيس. إنها آلة توربو تم تطويرها بواسطة James B. Francis وتعمل من خلال التفاعل والتدفق المختلط. إنها توربينات هيدروليكية قادرة على توفير مجموعة واسعة من القفزات ومعدلات التدفق وتعمل على منحدرات تتراوح من مترين إلى عدة مئات من الأمتار.

في هذه المقالة سوف نخبرك عن جميع خصائص وأهمية توربين فرانسيس.

الملامح الرئيسية

هذا النوع من التوربينات قادر على العمل على ارتفاعات غير متساوية تتراوح من عدة أمتار إلى مئات الأمتار. بهذه الطريقة ، تم تصميمه ليكون قادرًا على العمل في مجموعة واسعة من الرؤوس والتدفقات. بفضل الغراء عالي الكفاءة الذي تم تصنيعه والمواد المستخدمة له ، سيكون هذا النموذج أحد أكثر النماذج استخدامًا في العالم. استخدامه الرئيسي في مجال توليد الطاقة الكهربائية في محطات الطاقة الكهرومائية.

الطاقة الكهرومائية ، كما نعلم ، هي نوع من الطاقة المتجددة التي تستخدم الماء الموجود في الحاويات لتوليد تيار كهربائي. هذه التوربينات صعبة للغاية ومكلفة في التصميم للتركيب ولكنها يمكن أن تعمل لعقود. هذا يجعل الاستثمار في التكلفة الأولية لهذا النوع من التوربينات أعلى من الباقي. ومع ذلك ، فإن الأمر يستحق ذلك حيث يمكن استرداد الاستثمار الأولي في السنوات القليلة الأولى. كما هو الحال مع الطاقة الكهروضوئية التي نستخدم فيها الألواح الشمسية بمتوسط ​​عمر إنتاجي يبلغ 25 عامًا ، يمكننا استرداد الاستثمار خلال 10-15 عامًا من الاستخدام.

تتميز توربينات فرانسيس بتصميم هيدروديناميكي إنه يضمن أداءً عاليًا نظرًا لحقيقة أنه لا يكاد يكون هناك أي خسائر في المياه. إنها قوية المظهر وتكلفة صيانة منخفضة. هذه واحدة من أكثر النقاط فائدة لهذا النوع من التوربينات لأن الصيانة أقل وما يقلل من التكاليف العامة. لا ينصح بتركيب توربين فرانسيس الذي يزيد ارتفاعه عن 800 متر على الإطلاق نظرًا لوجود العديد من الاختلافات في الجاذبية. لا ينصح أيضًا بتركيب هذا النوع من التوربينات في الأماكن التي يوجد بها اختلافات كبيرة في التدفق.

التجويف في توربين فرانسيس

التجويف هو جانب مهم يجب أن نتحكم فيه في جميع الأوقات. إنه تأثير هيدروديناميكي يحدث عندما يتم إنشاء تجاويف البخار داخل الماء الذي يمر عبر التوربينات. كما هو الحال مع الماء ، يمكن أن يحدث مع أي سائل آخر في حالة سائلة والذي من خلاله يعمل على القوى التي تستجيب للاختلافات في الاكتئاب. في هذه الحالة ، يحدث ذلك عندما يمر السائل بسرعة عالية من خلال حافة حادة ويكون هناك تعويضات بين السوائل والحفاظ على ثابت برنولي.

يمكن أن يحدث أن يكون ضغط بخار السائل بطريقة يمكن للجزيئات أن تتغير فورًا حيث يكون بخارًا ويتشكل عدد كبير من الفقاعات. تُعرف هذه الفقاعات بالتجاويف. هذا هو المكان الذي يأتي منه مفهوم التجويف.

كل هذه الفقاعات السفر إلى المناطق التي يوجد بها ضغط أعلى إلى حيث يوجد ضغط أقل. خلال هذه الرحلة ، يعود البخار فجأة إلى الحالة السائلة. يؤدي هذا إلى أن تنتهي الفقاعات بالتكسير والإحباط وإنتاج مسار غاز ينتج كمية كبيرة من الطاقة على السطح الصلب والتي يمكن أن تتشقق أثناء التأثير.

كل هذا يجعلنا إما أن نأخذ في الاعتبار التجويف في توربين فرانسيس.

أجزاء توربين فرانسيس

يحتوي هذا النوع من التوربينات على أجزاء مختلفة وكل منها مسؤول عن ضمان توليد الطاقة الكهرومائية. سنقوم بتحليل كل جزء من هذه الأجزاء:

• الغرفة الحلزونية: إنه جزء من توربين فرانسيس المسؤول عن توزيع السائل بالتساوي عند مدخل المكره. هذه الغرفة الحلزونية لها شكل حلزون ، وذلك لأن متوسط ​​سرعة السائل يجب أن يظل ثابتًا عند كل نقطة فيه. هذا هو السبب في أنه يجب أن يكون على شكل حلزوني وحلزون. يمكن أن يكون المقطع العرضي لهذه الغرفة من أنواع مختلفة. من ناحية ، المستطيلة والدائرية من ناحية أخرى ، الدائرية هي الأكثر شيوعًا.
• الموزع السابق: إنه جزء من هذا التوربين يتكون من شفرات ثابتة. هذه الشفرات لها وظيفة هيكلية بحتة. إنها تعمل على الحفاظ على هيكل الغرفة الحلزونية التي ذكرناها أعلاه وتعطيها صلابة كافية لتكون قادرة على دعم الهيكل الهيدروديناميكي بأكمله وتقليل فقد الماء.
• موزع: تم بناء هذا الجزء عن طريق تحريك دوارات التوجيه. يجب أن توجه هذه العناصر الماء بشكل ملائم نحو دولاب الدفع التي تم إصلاحها. بالإضافة إلى ذلك ، فإن هذا الموزع مسؤول عن تنظيم التدفق المسموح به عند المرور عبر توربين فرانسيس. هذه هي الطريقة التي يمكن بها تعديل قوة التوربين بحيث يجب تعديلها قدر الإمكان لتناسب اختلافات الحمل في الشبكة الكهربائية. في نفس الوقت ، فهي قادرة على توجيه تدفق السائل من أجل تحسين أداء الآلة.
• المكره أو الدوار: إنه قلب توربين فرانسيس. هذا لأنه المكان الذي يتم فيه تبادل الطاقة بين الماكينة بأكملها. عادةً ما تكون طاقة المائع في اللحظة التي يمر فيها عبر المكره هي مجموع الطاقة الحركية ، والطاقة التي يمتلكها الضغط والطاقة الكامنة فيما يتعلق بالارتفاع. التوربين مسؤول عن تحويل هذه الطاقة إلى طاقة كهربائية. المكره مسؤول عن نقل هذه الطاقة عبر عمود إلى مولد كهربائي حيث يتم إجراء هذا التحويل النهائي. يمكن أن يكون لها أشكال مختلفة اعتمادًا على العدد المحدد للثورة التي تم تصميم الماكينة من أجلها.
• أنبوب الشفط: إنه الجزء الذي يخرج منه السائل من التوربين. تتمثل وظيفة هذا الجزء في إعطاء استمرارية للسائل واستعادة القفزة المفقودة في المرافق التي تقع فوق مستوى الماء الخارج. بشكل عام ، تم بناء هذا الجزء على شكل ناشر بحيث يولد تأثير شفط يساعد على استعادة جزء من الطاقة التي لم يتم تسليمها إلى الدوار.

آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن توربين فرانسيس.