Ένα από τα στοιχεία που χρησιμοποιούνται περισσότερο παγκοσμίως για την παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας είναι το Στρόβιλος Francis. Είναι ένα turbo μηχάνημα που αναπτύχθηκε από τον James B. Francis και λειτουργεί μέσω αντίδρασης και μικτής ροής. Είναι υδραυλικοί στρόβιλοι που μπορούν να προσφέρουν ένα μεγάλο εύρος άλματος και ροής και να λειτουργούν σε πλαγιές που κυμαίνονται από δύο μέτρα έως μερικές εκατοντάδες μέτρα.
Σε αυτό το άρθρο θα σας πούμε για όλα τα χαρακτηριστικά και τη σημασία της τουρμπίνας Francis.
Κύρια χαρακτηριστικά
Αυτός ο τύπος στροβίλου μπορεί να λειτουργεί σε ανώμαλα ύψη που κυμαίνονται από αρκετά μέτρα έως εκατοντάδες μέτρα. Με αυτόν τον τρόπο, έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί σε ένα ευρύ φάσμα κεφαλών και ροών. Χάρη στην κόλλα υψηλής απόδοσης που έχει κατασκευαστεί και τα υλικά που χρησιμοποιούνται για αυτό, αυτό το μοντέλο θα είναι ένα από τα πιο χρησιμοποιημένα στον κόσμο. Η κύρια χρήση του είναι στον τομέα της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σε υδροηλεκτρικούς σταθμούς.
Η υδροηλεκτρική ενέργεια, όπως γνωρίζουμε, είναι ένας τύπος ανανεώσιμης ενέργειας που χρησιμοποιεί το νερό στα δοχεία για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Αυτές οι τουρμπίνες είναι αρκετά δύσκολη και δαπανηρή στην εγκατάσταση, αλλά μπορούν να λειτουργούν για δεκαετίες. Αυτό καθιστά την επένδυση στο αρχικό κόστος αυτού του τύπου στροβίλων υψηλότερη από τις υπόλοιπες. Ωστόσο, αξίζει τον κόπο καθώς η αρχική επένδυση μπορεί να αποδώσει τα πρώτα χρόνια. Όπως και με τη φωτοβολταϊκή ενέργεια στην οποία χρησιμοποιούμε ηλιακούς συλλέκτες με μέση ωφέλιμη ζωή 25 ετών, μπορούμε να αντισταθμίσουμε την επένδυση κατά τη διάρκεια των 10-15 ετών χρήσης.
Ο στρόβιλος Francis διαθέτει έναν υδροδυναμικό σχεδιασμό που Μας εγγυάται υψηλή απόδοση λόγω του γεγονότος ότι δεν υπάρχει σχεδόν καμία απώλεια νερού. Έχουν αρκετά στιβαρή εμφάνιση και έχουν χαμηλό κόστος συντήρησης. Αυτό είναι ένα από τα πιο πλεονεκτικά σημεία αυτού του τύπου στροβίλων, καθώς η συντήρηση είναι χαμηλότερη και αυτό που μειώνει το γενικό κόστος. Δεν συνιστάται καθόλου η εγκατάσταση στροβίλου Francis με ύψος μεγαλύτερο από 800 μέτρα, καθώς υπάρχουν πάρα πολλές παραλλαγές βαρύτητας. Ούτε συνιστάται η εγκατάσταση αυτού του τύπου στροβίλου σε μέρη όπου υπάρχουν μεγάλες διακυμάνσεις στη ροή.
Σπηλαίωση στην τουρμπίνα Francis
Η σπηλαίωση είναι μια σημαντική πτυχή που πρέπει να ελέγχουμε ανά πάσα στιγμή. Είναι ένα υδροδυναμικό αποτέλεσμα που εμφανίζεται όταν δημιουργούνται κοιλότητες ατμού μέσα στο νερό που διέρχεται από τις τουρμπίνες. Όπως και με το νερό, μπορεί να συμβεί με οποιοδήποτε άλλο υγρό που βρίσκεται σε υγρή κατάσταση και μέσω του οποίου δρούσε σε δυνάμεις που ανταποκρίνονται σε διαφορές κατάθλιψης. Σε αυτήν την περίπτωση, συμβαίνει όταν το υγρό περνά με μεγάλη ταχύτητα μέσω μιας αιχμηρής ακμής και υπάρχουν αντισταθμίσεις μεταξύ των υγρών και της διατήρησης της σταθεράς Bernoulli.
Μπορεί να συμβεί η τάση ατμών του υγρού με τέτοιο τρόπο ώστε τα μόρια να μπορούν να αλλάξουν αμέσως όταν ήταν ατμός και σχηματίστηκε ένας μεγάλος αριθμός φυσαλίδων. Αυτές οι φυσαλίδες είναι γνωστές ως κοιλότητες. Από εδώ προέρχεται η έννοια της σπηλαίωσης.
Όλες αυτές οι φυσαλίδες ταξιδέψτε σε περιοχές από τις οποίες υπάρχει υψηλότερη πίεση στις περιοχές όπου υπάρχει λιγότερη πίεση. Κατά τη διάρκεια αυτού του ταξιδιού, ο ατμός ξαφνικά επιστρέφει στην υγρή κατάσταση. Αυτό αναγκάζει τις φυσαλίδες να καταλήξουν να συνθλίβουν και να απογοητεύουν και να παράγουν ένα ίχνος αερίου που παράγει μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας στη στερεή επιφάνεια και που μπορεί να σπάσει κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης.
Όλα αυτά είτε μας κάνουν να λαμβάνουμε υπόψη τη σπηλαίωση στην τουρμπίνα Francis.
Εξαρτήματα στροβίλου Francis
Αυτός ο τύπος στροβίλων έχει διαφορετικά μέρη και ο καθένας είναι υπεύθυνος για την εγγύηση της παραγωγής υδροηλεκτρικής ενέργειας. Θα αναλύσουμε καθένα από αυτά τα μέρη:
- Σπειροειδής θάλαμος: Είναι το τμήμα του στροβίλου Francis που είναι υπεύθυνο για την ομοιόμορφη διανομή του υγρού στην είσοδο της πτερωτής. Αυτός ο σπειροειδής θάλαμος έχει σχήμα σαλιγκαριού και οφείλεται στο γεγονός ότι η μέση ταχύτητα του ρευστού πρέπει να παραμένει σταθερή σε κάθε σημείο του. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο πρέπει να έχει σχήμα σπείρας και σαλιγκαριού. Η διατομή αυτού του θαλάμου μπορεί να είναι διαφόρων τύπων. Από τη μία πλευρά, ορθογώνια και από την άλλη κυκλική, η κυκλική είναι η πιο συχνή.
- Προ-διανομέας: Είναι το μέρος αυτής της τουρμπίνας που αποτελείται από σταθερές λεπίδες. Αυτές οι λεπίδες έχουν καθαρά δομική λειτουργία. Χρησιμεύουν στη διατήρηση της δομής του σπειροειδούς θαλάμου που έχουμε αναφέρει παραπάνω και του δίνουν επαρκή ακαμψία ώστε να είναι σε θέση να υποστηρίξει ολόκληρη την υδροδυναμική δομή και να ελαχιστοποιήσει τις απώλειες νερού.
- Διανομέας: αυτό το τμήμα κατασκευάζεται από κινούμενα πτερύγια οδήγησης. Αυτά τα στοιχεία πρέπει να κατευθύνουν άνετα το νερό προς τους Άραβες στροφείου που είναι σταθεροί. Επιπλέον, αυτός ο διανομέας είναι υπεύθυνος για τη ρύθμιση της ροής που επιτρέπεται κατά τη διέλευση από την τουρμπίνα Francis. Με αυτόν τον τρόπο μπορεί να τροποποιηθεί η ισχύς του στροβίλου έτσι ώστε να πρέπει να προσαρμόζεται όσο το δυνατόν περισσότερο στις παραλλαγές φορτίου του ηλεκτρικού δικτύου. Ταυτόχρονα, είναι ικανό να κατευθύνει τη ροή του ρευστού προκειμένου να βελτιώσει την απόδοση του μηχανήματος.
- Πτερωτή ή ρότορας: είναι η καρδιά του στροβίλου του Φραγκίσκου. Αυτό συμβαίνει επειδή είναι ο τόπος όπου πραγματοποιείται η ανταλλαγή ενέργειας μεταξύ ολόκληρου του μηχανήματος. Η ενέργεια του υγρού κανονικά τη στιγμή που διέρχεται από την πτερωτή είναι το άθροισμα της κινητικής ενέργειας, η ενέργεια που έχει η πίεση και η πιθανή ενέργεια σε σχέση με το ύψος. Ο στρόβιλος είναι υπεύθυνος για τη μετατροπή αυτής της ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Η πτερωτή είναι υπεύθυνη για τη μετάδοση αυτής της ενέργειας μέσω ενός άξονα σε μια ηλεκτρική γεννήτρια όπου πραγματοποιείται αυτή η τελική μετατροπή. Μπορεί να έχει διάφορες μορφές ανάλογα με τον συγκεκριμένο αριθμό περιστροφής για το οποίο έχει σχεδιαστεί το μηχάνημα.
- Σωλήνας αναρρόφησης: Είναι το μέρος όπου το υγρό βγαίνει από την τουρμπίνα. Η λειτουργία αυτού του τμήματος είναι να δίνει συνέχεια στο ρευστό και να ανακτήσει το άλμα που έχει χαθεί στις εγκαταστάσεις που βρίσκονται πάνω από τη στάθμη του νερού εξόδου. Σε γενικές γραμμές, αυτό το τμήμα είναι κατασκευασμένο με τη μορφή ενός διαχύτη έτσι ώστε να παράγει ένα αποτέλεσμα αναρρόφησης που βοηθά στην ανάκτηση μέρους της ενέργειας που δεν έχει παραδοθεί στον ρότορα.
Ελπίζω ότι με αυτές τις πληροφορίες μπορείτε να μάθετε περισσότερα για τον στρόβιλο Francis.