Et af de mest anvendte elementer globalt til produktion af vandkraft er Francis-turbine. Det er en turbomaskine, der er udviklet af James B. Francis, og som fungerer gennem reaktion og blandet flow. De er hydrauliske turbiner, der er i stand til at give en bred vifte af spring og strømningshastigheder og kører på skråninger fra to meter til flere hundrede meter.
I denne artikel vil vi fortælle dig om alle kendetegnene og betydningen af Francis-turbinen.
Vigtigste funktioner
Denne type turbine er i stand til at køre i ujævne højder fra flere meter til hundreder af meter. På denne måde er det designet til at kunne arbejde i en lang række hoveder og strømme. Takket være den høje effektivitetslim, der er bygget, og de anvendte materialer til denne model, vil denne model være en af de mest anvendte i verden. Dens vigtigste anvendelse er inden for produktion af elektrisk kraft i vandkraftværker.
Vandkraft er, som vi ved, en type vedvarende energi, der bruger vandet i beholderne til at generere en elektrisk strøm. Disse møller er ret vanskelige og dyre at designe at installere, men kan fungere i årtier. Dette gør investeringen i de oprindelige omkostninger ved denne type møller højere end resten. Det er dog det værd, da den oprindelige investering er i stand til at blive inddrevet i de første par år. Som med solcelleanlæg, hvor vi bruger solpaneler med en gennemsnitlig brugstid på 25 år, kan vi genvinde investeringen i løbet af 10-15 års brug.
Francis-turbinen har et hydrodynamisk design, der Det garanterer os en høj ydeevne, fordi der næsten ikke er vandtab. De er ret robuste i udseende og har lave vedligeholdelsesomkostninger. Dette er et af de mest fordelagtige punkter i denne type møller, da vedligeholdelsen er lavere, og hvad der reducerer de generelle omkostninger. Installation af en Francis-turbine med en højde over 800 meter anbefales slet ikke, da der er for mange variationer i tyngdekraften. Det er heller ikke tilrådeligt at installere denne type turbine steder, hvor der er store variationer i flowet.
Kavitation i Francis-turbinen
Kavitation er et vigtigt aspekt, som vi altid skal kontrollere. Det er en hydrodynamisk effekt, der opstår når der dannes damphulrum i vandet, der passerer gennem turbinerne. Som med vand kan det forekomme med enhver anden væske, der er i flydende tilstand, og hvorigennem den påvirker kræfter, der reagerer på forskelle i depression. I dette tilfælde sker det, når væsken passerer med høj hastighed gennem en skarp kant, og der er dekompensationer mellem væskerne og bevarelsen af Bernoulli-konstanten.
Det kan ske, at væskens damptryk er på en sådan måde, at molekylerne kan ændre sig med det samme, det har været damp, og der dannes et stort antal bobler. Disse bobler er kendt som hulrum. Det er her begrebet kavitation kommer fra.
Alle disse bobler rejse til områder, hvor der er højere tryk, til hvor der er mindre tryk. Under denne rejse vender dampen pludselig tilbage til flydende tilstand. Dette får boblerne til at ende med at knuse og frustrere og producere et gasspor, der producerer en stor mængde energi på den faste overflade, og som kan knække under kollisionen.
Alt dette gør os enten nødt til at tage højde for kavitation i Francis-turbinen.
Francis turbinedele
Denne type møller har forskellige dele, og hver har ansvaret for at garantere dannelsen af vandkraft. Vi skal analysere hver af disse dele:
- Spiralkammer: Det er den del af Francis-turbinen, der er ansvarlig for jævn fordeling af væsken ved pumpehjulets indløb. Dette spiralkammer har en snegleform, og det skyldes, at væskens gennemsnitlige hastighed skal forblive konstant på hvert punkt af det. Dette er grunden til, at det skal være i form af en spiral og en snegl. Tværsnittet af dette kammer kan være af forskellige typer. På den ene side er rektangulær og på den anden runde, hvor cirkulæren er den hyppigste.
- Forhandler: Det er den del af denne turbine, der består af faste knive. Disse knive har en rent strukturel funktion. De tjener til at opretholde strukturen i det spiralkammer, som vi har nævnt ovenfor, og give det tilstrækkelig stivhed til at være i stand til at understøtte hele den hydrodynamiske struktur og minimere vandtab.
- Distributør: denne del er bygget af bevægelige ledevinger. Disse elementer skal bekvemt rette vandet mod løbehjulets araber, der er fastgjort. Derudover er denne distributør ansvarlig for at regulere den strøm, der er tilladt, når den passerer gennem Francis-turbinen. Sådan kan turbinens effekt ændres, så den skal justeres så meget som muligt til belastningsvariationerne i det elektriske netværk. Samtidig er det i stand til at styre væskestrømmen for at forbedre maskinens ydeevne.
- Løber eller rotor: det er hjertet af Francis-turbinen. Dette skyldes, at det er stedet, hvor energiudvekslingen finder sted mellem hele maskinen. Væskens energi normalt i det øjeblik, den passerer gennem pumpehjulet, er summen af den kinetiske energi, den energi, som trykket har, og den potentielle energi i forhold til højden. Turbinen er ansvarlig for at omdanne denne energi til elektrisk energi. Løberen er ansvarlig for at overføre denne energi gennem en aksel til en elektrisk generator, hvor denne endelige omdannelse udføres. Det kan have forskellige former afhængigt af det specifikke antal omdrejninger, maskinen er designet til.
- Sugeslange: Det er den del, hvor væsken kommer ud af turbinen. Funktionen af denne del er at give kontinuitet til væsken og genoprette springet, der er gået tabt i faciliteterne, der er over udløbsvandstanden. Generelt er denne del bygget i form af en diffusor, så den genererer en sugeeffekt, der hjælper med at genvinde en del af den energi, der ikke er leveret til rotoren.
Jeg håber, at du med disse oplysninger kan lære mere om Francis-turbinen.