Jedan od elemenata koji se globalno najviše koristi za proizvodnju hidroelektrične energije je Francisova turbina. To je turbo mašina koju je razvio James B. Francis i koja djeluje reakcijom i miješanim tokom. To su hidrauličke turbine koje su sposobne za široki spektar skokova i brzina protoka i rade na padinama u rasponu od dva metra do nekoliko stotina metara.
U ovom članku ćemo vam reći o svim karakteristikama i važnosti Francisove turbine.
Glavne karakteristike
Ova vrsta turbine može raditi na nejednakim visinama u rasponu od nekoliko metara do stotina metara. Na ovaj način je dizajniran da može raditi u širokom rasponu visina i protoka. Zahvaljujući visoko efikasnom ljepilu koje se gradi i materijalima koji se za njega koriste, ovaj model će biti jedan od najčešće korištenih na svijetu. Njegova glavna upotreba je na polju proizvodnje električne energije u hidroelektranama.
Hidroelektrična energija, kao što znamo, je vrsta obnovljive energije koja koristi vodu u spremnicima za stvaranje električne struje. Ove turbine je prilično teško i skupo je dizajnirati, ali mogu raditi desetljećima. To čini ulaganje u početni trošak ove vrste turbina većim od ostalih. Međutim, isplati se jer se početna investicija može povratiti u prvih nekoliko godina. Kao i kod fotonaponske energije u kojoj koristimo solarne panele sa prosječnim vijekom trajanja od 25 godina, ulaganje možemo povratiti tijekom 10-15 godina korištenja.
Francisova turbina ima hidrodinamički dizajn koji Garantuje nam visoke performanse zbog činjenice da gotovo nema gubitaka vode. Izgledom su prilično robusni i imaju niske troškove održavanja. Ovo je jedna od najpovoljnijih točaka ove vrste turbina, jer je održavanje niže i ono što smanjuje opće troškove. Ugradnja Francisove turbine s visinama većim od 800 metara uopće se ne preporučuje jer postoji previše varijacija gravitacije. Nije preporučljivo instalirati ovu vrstu turbine na mjestima gdje postoje velike razlike u protoku.
Kavitacija u Francisovoj turbini
Kavitacija je važan aspekt koji moramo kontrolirati u svakom trenutku. To je hidrodinamički efekat koji se javlja kada se unutar vode koja prolazi kroz turbine stvaraju parne šupljine. Kao i kod vode, može se dogoditi sa bilo kojom drugom tečnošću koja je u tečnom stanju i kroz koju je delovala na sile koje reaguju na razlike u depresiji. U ovom slučaju, to se događa kada tekućina velikom brzinom prolazi kroz oštri rub i postoje dekompenzacije između tekućina i očuvanje Bernoullijeve konstante.
Može se dogoditi da je pritisak pare tečnosti na takav način da se molekule mogu odmah promijeniti i to je para i stvara se veliki broj mjehurića. Ti mjehurići su poznati kao šupljine. Otuda potječe koncept kavitacije.
Svi ovi mjehurići putovati u područja odakle je veći pritisak tamo gdje je manji pritisak. Tokom ovog putovanja, para se iznenada vraća u tečno stanje. To dovodi do toga da se mjehurići na kraju drobe i frustriraju te proizvode plinski trag koji proizvodi veliku količinu energije na čvrstoj površini i koji može puknuti tijekom sudara.
Sve nas to ili čini da moramo uzeti u obzir kavitaciju u Francisovoj turbini.
Francisovi dijelovi turbine
Ova vrsta turbina ima različite dijelove i svaka je zadužena za garanciju proizvodnje hidroelektrične energije. Analizirat ćemo svaki od ovih dijelova:
- Spiralna komora: Dio je Francisove turbine odgovoran za ravnomjerno raspoređivanje tekućine na ulazu u radno kolo. Ova spiralna komora ima oblik puža i to zbog činjenice da prosječna brzina tečnosti mora ostati konstantna u svakoj njenoj točki. To je razlog zašto mora biti u obliku spirale i puža. Poprečni presjek ove komore može biti različitih vrsta. S jedne strane, pravougaone, a s druge kružne, kružne su najčešće.
- Predistributor: Dio ove turbine sastoji se od nepomičnih lopatica. Ove lopatice imaju čisto strukturnu funkciju. Oni služe za održavanje strukture spiralne komore koju smo gore spomenuli i daju joj dovoljnu krutost da može podržati cijelu hidrodinamičku strukturu i umanjiti gubitke vode.
- Distributer: ovaj dio je izgrađen pomičnim vodilicama. Ti elementi moraju prikladno usmjeriti vodu prema imperatorima koji su učvršćeni Arapi. Uz to, ovaj je distributer odgovoran za regulaciju protoka koji je dozvoljen pri prolasku kroz Francisovu turbinu. Na taj se način snaga turbine može prilagoditi tako da se mora što je više moguće prilagoditi varijacijama opterećenja električne mreže. U isto vrijeme, sposoban je usmjeriti protok tečnosti kako bi poboljšao performanse mašine.
- Radno kolo ili rotor: to je srce Francisove turbine. To je zato što je to mjesto na kojem se odvija izmjena energije između cijele mašine. Energija fluida u trenutku kada prolazi kroz radno kolo je zbroj kinetičke energije, energije koju ima pritisak i potencijalne energije u odnosu na visinu. Turbina je odgovorna za pretvaranje ove energije u električnu. Rotor je odgovoran za prijenos ove energije kroz osovinu na električni generator gdje se vrši ova konačna konverzija. Može imati različite oblike, ovisno o određenom broju okretaja za koje je mašina dizajnirana.
- Usisna cijev: To je dio u kojem fluid izlazi iz turbine. Funkcija ovog dijela je dati kontinuitet tekućini i povratiti skok izgubljen u objektima koji su iznad nivoa vode na izlazu. Općenito, ovaj dio je izgrađen u obliku difuzora tako da generira usisni efekt koji pomaže povratku dijela energije koja nije isporučena rotoru.
Nadam se da ćete s ovim informacijama saznati više o Francisovoj turbini.