Eines der weltweit am häufigsten verwendeten Elemente zur Erzeugung von Wasserkraft ist das Francis Turbine. Es ist eine Turbomaschine, die von James B. Francis entwickelt wurde und durch Reaktion und gemischten Fluss arbeitet. Es handelt sich um Hydraulikturbinen, die eine Vielzahl von Sprüngen und Strömungen ausführen können und an Hängen von zwei bis mehreren hundert Metern arbeiten.
In diesem Artikel werden wir Ihnen alle Eigenschaften und die Bedeutung der Francis-Turbine erläutern.
Schlüsselmerkmale
Dieser Turbinentyp kann in ungleichmäßigen Höhen von mehreren Metern bis zu Hunderten von Metern betrieben werden. Auf diese Weise ist es so konzipiert, dass es in einer Vielzahl von Köpfen und Strömungen arbeiten kann. Dank des hocheffizienten Klebers und der dafür verwendeten Materialien wird dieses Modell eines der weltweit am häufigsten verwendeten sein. Seine Hauptanwendung liegt im Bereich der Stromerzeugung in Wasserkraftwerken.
Wasserkraft ist bekanntlich eine Art erneuerbarer Energie, bei der das Wasser in den Behältern zur Erzeugung von elektrischem Strom verwendet wird. Diese Turbinen sind recht schwierig und teuer in der Installation, können aber jahrzehntelang betrieben werden. Dies macht die Investition in die Anschaffungskosten dieses Turbinentyps höher als die übrigen. Es lohnt sich jedoch, da sich die ursprüngliche Investition in den ersten Jahren amortisieren kann. Wie bei der Photovoltaik, bei der wir Sonnenkollektoren mit einer durchschnittlichen Nutzungsdauer von 25 Jahren verwenden, können wir die Investition während der 10-15-jährigen Nutzungsdauer zurückerhalten.
Die Francis-Turbine verfügt über ein hydrodynamisches Design, das Es garantiert uns eine hohe Leistung, da es kaum Wasserverluste gibt. Sie sehen sehr robust aus und haben geringe Wartungskosten. Dies ist einer der vorteilhaftesten Punkte dieses Turbinentyps, da die Wartung geringer ist und die allgemeinen Kosten gesenkt werden. Die Installation einer Francis-Turbine mit Höhen über 800 Metern wird überhaupt nicht empfohlen, da es zu viele Schwerkraftschwankungen gibt. Es ist auch nicht ratsam, diesen Turbinentyp an Orten zu installieren, an denen große Durchflussschwankungen bestehen.
Kavitation in der Francis-Turbine
Kavitation ist ein wichtiger Aspekt, den wir jederzeit kontrollieren müssen. Es ist ein hydrodynamischer Effekt, der auftritt wenn Dampfhohlräume im Wasser erzeugt werden, das durch die Turbinen fließt. Wie bei Wasser kann es bei jeder anderen Flüssigkeit auftreten, die sich in einem flüssigen Zustand befindet und durch die es auf Kräfte einwirkt, die auf Unterschiede in der Depression reagieren. In diesem Fall passiert es, wenn die Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit durch eine scharfe Kante läuft und es zu Dekompensationen zwischen den Flüssigkeiten und der Erhaltung der Bernoulli-Konstante kommt.
Es kann vorkommen, dass der Dampfdruck der Flüssigkeit so ist, dass sich die Moleküle sofort ändern können, wenn es sich um Dampf handelt und sich eine große Anzahl von Blasen bildet. Diese Blasen werden als Hohlräume bezeichnet. Hier kommt das Konzept der Kavitation her.
All diese Blasen Reisen Sie in Gebiete, in denen ein höherer Druck herrscht, in Gebiete, in denen weniger Druck herrscht. Während dieser Fahrt kehrt der Dampf plötzlich in den flüssigen Zustand zurück. Dies führt dazu, dass die Blasen zerquetschen, frustrieren und eine Gasspur erzeugen, die eine große Energiemenge auf der festen Oberfläche erzeugt und während der Kollision reißen kann.
All dies führt dazu, dass wir die Kavitation in der Francis-Turbine berücksichtigen müssen.
Francis Turbinenteile
Dieser Turbinentyp besteht aus verschiedenen Teilen, von denen jeder für die Gewährleistung der Erzeugung von Wasserkraft zuständig ist. Wir werden jeden dieser Teile analysieren:
- Spiralkammer: Es ist der Teil der Francis-Turbine, der für die gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit am Einlass des Laufrads verantwortlich ist. Diese Spiralkammer hat eine Schneckenform und dies liegt daran, dass die durchschnittliche Geschwindigkeit der Flüssigkeit an jedem Punkt der Flüssigkeit konstant bleiben muss. Dies ist der Grund, warum es die Form einer Spirale und einer Schnecke haben muss. Der Querschnitt dieser Kammer kann von verschiedenen Arten sein. Einerseits rechteckig und andererseits kreisförmig, wobei das Kreis am häufigsten ist.
- Vorverteiler: Es ist der Teil dieser Turbine, der aus festen Schaufeln besteht. Diese Schaufeln haben eine rein strukturelle Funktion. Sie dienen dazu, die oben erwähnte Struktur der Spiralkammer aufrechtzuerhalten und ihr eine ausreichende Steifigkeit zu verleihen, um die gesamte hydrodynamische Struktur tragen und Wasserverluste minimieren zu können.
- Verteiler: Dieser Teil wird durch bewegliche Leitschaufeln aufgebaut. Diese Elemente müssen das Wasser bequem auf die feststehenden Laufradaraber richten. Darüber hinaus ist dieser Verteiler für die Regulierung des Durchflusses verantwortlich, der beim Durchgang durch die Francis-Turbine zulässig ist. Auf diese Weise kann die Leistung der Turbine so verändert werden, dass sie so weit wie möglich an die Lastschwankungen des Stromnetzes angepasst werden muss. Gleichzeitig ist es in der Lage, den Flüssigkeitsstrom zu lenken, um die Leistung der Maschine zu verbessern.
- Laufrad oder Rotor: Es ist das Herz der Francis-Turbine. Dies liegt daran, dass hier der Energieaustausch zwischen der gesamten Maschine stattfindet. Die Energie des Fluids, die normalerweise in dem Moment ist, in dem es das Laufrad passiert, ist die Summe der kinetischen Energie, der Energie, die der Druck hat, und der potentiellen Energie in Bezug auf die Höhe. Die Turbine ist für die Umwandlung dieser Energie in elektrische Energie verantwortlich. Das Laufrad ist dafür verantwortlich, diese Energie über eine Welle an einen elektrischen Generator zu übertragen, wo diese endgültige Umwandlung durchgeführt wird. Abhängig von der spezifischen Umdrehungszahl, für die die Maschine ausgelegt ist, kann sie verschiedene Formen haben.
- Saugrohr: Es ist der Teil, an dem die Flüssigkeit aus der Turbine austritt. Die Funktion dieses Teils besteht darin, der Flüssigkeit Kontinuität zu verleihen und den Sprung wiederherzustellen, der in den Einrichtungen oberhalb des Auslasswasserspiegels verloren gegangen ist. Im Allgemeinen ist dieses Teil in Form eines Diffusors aufgebaut, so dass es einen Saugeffekt erzeugt, der dazu beiträgt, einen Teil der Energie zurückzugewinnen, die nicht an den Rotor abgegeben wurde.
Ich hoffe, dass Sie mit diesen Informationen mehr über die Francis-Turbine erfahren können.