Един от елементите, най-използвани в световен мащаб за производството на водноелектрическа енергия, е Турбина на Франсис. Това е турбо машина, която е разработена от Джеймс Б. Франсис и работи чрез реакция и смесен поток. Те са хидравлични турбини, които могат да осигурят широк диапазон от скокове и скорости на потока и работят на склонове, вариращи от два метра до няколкостотин метра.
В тази статия ще ви разкажем за всички характеристики и значение на турбината на Франсис.
ключови характеристики
Този тип турбина може да работи на неравномерна височина, варираща от няколко метра до стотици метри. По този начин той е проектиран, за да може да работи в широк спектър от глави и потоци. Благодарение на високоефективното лепило, което се изгражда и използваните материали за него, този модел ще бъде един от най-използваните в света. Основното му използване е в областта на производството на електроенергия във водноелектрически централи.
Както знаем, водноелектрическата енергия е вид възобновяема енергия, която използва водата в контейнерите за генериране на електрически ток. Тези турбини са доста трудни и скъпи за проектиране, но могат да работят в продължение на десетилетия. Това прави инвестицията в първоначалната цена на този тип турбини по-висока от останалите. Заслужава си обаче, тъй като първоначалната инвестиция е в състояние да се изплати през първите няколко години. Както при фотоволтаичната енергия, в която използваме слънчеви панели със среден полезен живот 25 години, можем да възвърнем инвестицията през 10-15-годишната употреба.
Турбината на Francis се отличава с хидродинамичен дизайн, който Гарантира ни висока производителност поради факта, че почти няма загуби на вода. Те са доста здрави на външен вид и имат ниски разходи за поддръжка. Това е една от най-изгодните точки на този тип турбини, тъй като поддръжката е по-ниска и това намалява общите разходи. Монтирането на турбина на Франсис с височини над 800 метра изобщо не се препоръчва, тъй като има твърде много вариации в гравитацията. Също така не е препоръчително този тип турбина да се инсталира на места, където има големи вариации в потока.
Кавитация в турбината на Франсис
Кавитацията е важен аспект, който трябва да контролираме по всяко време. Това е хидродинамичен ефект, който се появява когато се образуват пара кухини във водата, която преминава през турбините. Както при водата, това може да се случи с всяка друга течност, която е в течно състояние и чрез която е действала на сили, които реагират на разликите в депресията. В този случай това се случва, когато течността преминава с висока скорост през остър ръб и има декомпенсации между течностите и запазването на константата на Бернули.
Може да се случи, че парното налягане на течността е по такъв начин, че молекулите да могат да се променят незабавно тя е била пара и се образуват голям брой мехурчета. Тези мехурчета са известни като кухини. Оттук произлиза концепцията за кавитация.
Всички тези мехурчета пътувайте до райони, където има по-високо налягане до там, където има по-малко налягане. По време на това пътуване парите внезапно се връщат в течно състояние. Това води до това, че мехурчетата в крайна сметка се смачкват и осуетяват и образуват следа от газ, която произвежда голямо количество енергия върху твърдата повърхност и която може да се напука по време на удара.
Всичко това или ни кара да вземем предвид кавитацията в турбината на Франсис.
Части на турбината на Франсис
Този тип турбини има различни части и всяка от тях отговаря за гарантирането на генерирането на водноелектрическа енергия. Ще анализираме всяка от тези части:
- Спирална камера: Частта от турбината на Франсис е отговорна за равномерното разпределение на течността на входа на работното колело. Тази спирална камера има форма на охлюв и това е така, защото средната скорост на течността трябва да остане постоянна във всяка точка от нея. Това е причината тя да бъде във формата на спирала и охлюв. Напречното сечение на тази камера може да бъде от различен тип. От една страна, правоъгълна, а от друга кръгла, като кръговата е най-честата.
- Предразпределител: Частта от тази турбина е изградена от неподвижни лопатки. Тези остриета имат чисто структурна функция. Те служат за поддържане на структурата на спиралната камера, която споменахме по-горе, и й придават достатъчна твърдост, за да може да поддържа цялата хидродинамична структура и да минимизира загубите на вода.
- Дистрибутор: тази част е изградена от движещи се направляващи лопатки. Тези елементи трябва удобно да насочват водата към фиксираното работно колело на арабите. В допълнение, този разпределител отговаря за регулирането на потока, който е разрешен при преминаване през турбината на Франсис. Това е начинът, по който мощността на турбината може да бъде модифицирана, така че тя трябва да бъде коригирана възможно най-много спрямо вариациите на натоварване на електрическата мрежа. В същото време той е в състояние да насочва потока на течността, за да подобри производителността на машината.
- Работно колело или ротор: това е сърцето на турбината на Франсис. Това е така, защото това е мястото, където се осъществява енергийният обмен между цялата машина. Енергията на флуида обикновено в момента, в който преминава през работното колело е сумата от кинетичната енергия, енергията, която налягането има и потенциалната енергия по отношение на височината. Турбината е отговорна за превръщането на тази енергия в електрическа. Работното колело е отговорно за предаването на тази енергия през вал към електрически генератор, където се извършва това окончателно преобразуване. Той може да има различни форми в зависимост от конкретния брой обороти, за които е предназначена машината.
- Всмукателна тръба: Това е частта, в която течността излиза от турбината. Функцията на тази част е да даде непрекъснатост на флуида и да възстанови скока, който е загубен в съоръженията, които са над нивото на изходящата вода. По принцип тази част е изградена под формата на дифузер, така че да генерира смукателен ефект, който помага да се възстанови част от енергията, която не е доставена на ротора.
Надявам се, че с тази информация можете да научите повече за турбината на Франсис.