Yksi vesivoiman tuottamiseen maailmanlaajuisesti eniten käytetyistä elementeistä on Francis-turbiini. Se on turbokone, jonka on kehittänyt James B.Francis ja joka toimii reaktion ja sekoitetun virtauksen kautta. Ne ovat hydrauliset turbiinit, jotka kykenevät tarjoamaan laajan valikoiman hyppyjä ja virtausnopeuksia ja toimivat rinteissä, jotka vaihtelevat kahdesta metriin useita satoja metrejä.
Tässä artikkelissa kerromme sinulle kaikista Francis-turbiinin ominaisuuksista ja tärkeydestä.
Tärkeimmät ominaisuudet
Tämän tyyppinen turbiini pystyy toimimaan epätasaisilla korkeuksilla, jotka vaihtelevat useista metreistä satoihin metreihin. Tällä tavoin se on suunniteltu toimimaan monenlaisilla päillä ja virtauksilla. Rakennetun tehokkaan liiman ja siihen käytettyjen materiaalien ansiosta tämä malli on yksi käytetyimmistä maailmassa. Sen pääasiallinen käyttö on vesivoimaloiden sähköntuotanto.
Kuten tiedämme, vesivoima on eräänlainen uusiutuva energia, joka käyttää säiliöissä olevaa vettä sähkövirran tuottamiseen. Nämä turbiinit ovat melko hankalia ja kalliita asentaa, mutta ne voivat toimia vuosikymmenien ajan. Tämä tekee investoinnista tämän tyyppisten turbiinien alkuhintoihin korkeammat kuin muut. Se on kuitenkin sen arvoista, koska alkuinvestoinnit voidaan saada takaisin jo muutaman ensimmäisen vuoden aikana. Kuten aurinkosähköllä, jossa käytämme aurinkopaneeleja, joiden keskimääräinen käyttöikä on 25 vuotta, voimme palauttaa investoinnit 10-15 vuoden käytön aikana.
Francis-turbiinilla on hydrodynaaminen muotoilu Se takaa korkean suorituskyvyn, koska vesihäviöitä ei juurikaan ole. Ne ovat melko kestäviä ja niillä on alhaiset ylläpitokustannukset. Tämä on yksi tämäntyyppisten turbiinien edullisimmista kohdista, koska huolto on vähäisempää ja mikä vähentää yleisiä kustannuksia. Francis-turbiinin, jonka korkeus on yli 800 metriä, asentamista ei suositella lainkaan, koska painovoiman vaihteluita on liian paljon. Tämän tyyppistä turbiinia ei myöskään ole suositeltavaa asentaa paikkoihin, joissa virtaus vaihtelee suuresti.
Kavitaatio Francis-turbiinissa
Kavitaatio on tärkeä näkökohta, jota meidän on hallittava koko ajan. Se on hydrodynaaminen vaikutus, joka tapahtuu kun turbiinien läpi kulkevassa vedessä syntyy höyryonteloita. Kuten vedellä, sitä voi esiintyä minkä tahansa muun nesteen kanssa, joka on nestemäisessä tilassa ja jonka kautta se vaikutti voimiin, jotka reagoivat masennuksen eroihin. Tässä tapauksessa se tapahtuu, kun neste kulkee suurella nopeudella terävän reunan läpi ja nesteiden ja Bernoulli-vakion säilymisen välillä on dekompensaatioita.
Voi tapahtua, että nesteen höyrynpaine on sellainen, että molekyylit voivat muuttua heti, kun se on ollut höyryä ja muodostuu suuri määrä kuplia. Nämä kuplat tunnetaan onteloina. Tästä tulee kavitaation käsite.
Kaikki nämä kuplat matkustaa alueille, joilla on korkeampi paine, missä on vähemmän painetta. Tämän matkan aikana höyry palaa yhtäkkiä nestemäiseen tilaan. Tämä saa kuplat lopulta murskaamaan ja turhauttamaan ja tuottamaan kaasureitin, joka tuottaa suuren määrän energiaa kiinteälle pinnalle ja joka voi murtua törmäyksen aikana.
Kaikki tämä saa meidät joko ottamaan huomioon kavitaation Francis-turbiinissa.
Francis-turbiinien osat
Tämän tyyppisillä turbiinilla on eri osat, ja kukin vastaa vesivoimaenergian tuottamisesta. Aiomme analysoida nämä osat:
- Spiraalikammio: Francis-turbiinin osa on vastuussa nesteen tasaisesta jakautumisesta juoksupyörän tuloaukossa. Tällä spiraalikammiossa on etanan muoto ja se johtuu siitä, että nesteen keskinopeuden on pysyttävä vakiona sen jokaisessa kohdassa. Tästä syystä sen on oltava spiraalin ja etanan muotoinen. Tämän kammion poikkileikkaus voi olla erityyppinen. Yhtäältä suorakulmainen ja toisaalta pyöreä, pyöreä on yleisin.
- Esijakelija: Se on tämän turbiinin osa, joka koostuu kiinteistä teristä. Näillä terillä on puhtaasti rakenteellinen tehtävä. Niiden avulla ylläpidetään edellä mainittua spiraalikammion rakennetta ja annetaan sille riittävä jäykkyys, jotta se pystyy tukemaan koko hydrodynaamista rakennetta ja minimoimaan vesihäviöt.
- Jakelija: tämä osa on rakennettu siirtämällä ohjainsiipiä. Näiden elementtien on ohjattava vesi kätevästi kohti juoksupyörää, joka on kiinnitetty. Lisäksi tämä jakelija on vastuussa virtauksen säätämisestä, joka on sallittua kulkiessaan Francis-turbiinin läpi. Näin turbiinin tehoa voidaan muuttaa siten, että se on mukautettava mahdollisimman paljon sähköverkon kuormituksen vaihteluihin. Samalla se pystyy ohjaamaan nesteen virtausta koneen suorituskyvyn parantamiseksi.
- Juoksupyörä tai roottori: se on Francis-turbiinin sydän. Tämä johtuu siitä, että siellä tapahtuu energianvaihto koko koneen välillä. Nesteen energia normaalisti sillä hetkellä, kun se kulkee juoksupyörän läpi, on kineettisen energian, paineen energian ja potentiaalienergian summa korkeuteen nähden. Turbiini on vastuussa tämän energian muuntamisesta sähköenergiaksi. Juoksupyörä on vastuussa tämän energian siirtämisestä akselin läpi sähkögeneraattoriin, jossa tämä lopullinen muunnos suoritetaan. Sillä voi olla erilaisia muotoja riippuen koneen suunnitellusta kierrosluvusta.
- Imuputki: Se on osa, josta neste tulee turbiinista. Tämän osan tehtävänä on antaa juoksevuudelle jatkuvuutta ja palauttaa hyppy, joka on kadonnut tiloissa, jotka ovat poistoveden tason yläpuolella. Yleensä tämä osa on rakennettu diffuusoriksi siten, että se tuottaa imuvaikutuksen, joka auttaa palauttamaan osan roottoriin toimittamattomasta energiasta.
Toivon, että näiden tietojen avulla voit oppia lisää Francis-turbiinista.