Jedan od elemenata koji se globalno najviše koristi za proizvodnju hidroelektrične energije je Francisova turbina. To je turbo stroj koji je razvio James B. Francis i koji djeluje reakcijom i miješanim protokom. To su hidrauličke turbine koje su sposobne za širok raspon skokova i brzina protoka i rade na padinama u rasponu od dva metra do nekoliko stotina metara.
U ovom ćemo vam članku reći o svim karakteristikama i važnosti Francisove turbine.
Glavne osobine
Ova vrsta turbine može raditi u nejednakim visinama u rasponu od nekoliko metara do stotina metara. Na taj je način dizajniran da može raditi u širokom rasponu visina i protoka. Zahvaljujući visoko učinkovitom ljepilu koje se gradi i materijalima koji se za njega koriste, ovaj će model biti jedan od najčešće korištenih na svijetu. Njegova glavna primjena je na polju proizvodnje električne energije u hidroelektranama.
Hidroelektrična energija, kao što znamo, vrsta je obnovljive energije koja koristi vodu u spremnicima kako bi mogla generirati električnu struju. Ove je turbine 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 početno ulaganje može povratiti u prvih nekoliko godina. Kao i kod fotonaponske energije u kojoj koristimo solarne panele s prosječnim vijekom trajanja od 25 godina, ulaganje možemo povratiti tijekom 10-15 godina korištenja.
Francisova turbina ima hidrodinamički dizajn koji To nam jamči 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. Također nije poželjno 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 učinak koji se javlja kada se unutar vode koja prolazi kroz turbine stvaraju parne šupljine. Kao i kod vode, može se dogoditi s bilo kojom drugom tekućinom koja je u tekućem stanju i kroz koju je djelovala na sile koje reagiraju na razlike u depresiji. U ovom se slučaju događa kada tekućina velikom brzinom prolazi kroz oštar rub i postoje dekompenzacije između tekućina i očuvanje Bernoullijeve konstante.
Može se dogoditi da je tlak pare tekućine takav da se molekule mogu odmah promijeniti pa je to para i stvara se velik broj mjehurića. Ti mjehurići poznati su kao šupljine. Odatle potječe koncept kavitacije.
Svi ti mjehurići putovati u područja odakle je veći pritisak do mjesta gdje je manji pritisak. Tijekom ovog putovanja para se iznenada vraća u tekuće stanje. To dovodi do toga da mjehurići na kraju drobe i koče i stvaraju trag plina koji proizvodi veliku količinu energije na čvrstoj površini i koji može puknuti tijekom sudara.
Zbog svega toga moramo uzeti u obzir kavitaciju u Francisovoj turbini.
Francisovi dijelovi turbine
Ova vrsta turbine ima različite dijelove i svaki je zadužen za jamčenje proizvodnje hidroelektrične energije. Analizirat ćemo svaki od ovih dijelova:
- Spiralna komora: Dio je Francisove turbine odgovoran za ravnomjernu raspodjelu tekućine na ulazu u radno kolo. Ova spiralna komora ima oblik puža i to zato što prosječna brzina tekućine mora ostati konstantna u svakoj točki iste. To je razlog zašto mora biti u obliku spirale i puža. Presjek ove komore može biti raznih vrsta. S jedne strane, pravokutni, a s druge kružni, kružni je najčešći.
- Predistributer: Dio je ove turbine koji se sastoji od nepomičnih lopatica. Te oštrice 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 je dio izgrađen pomičnim vodilicama. Spomenuti elementi moraju prikladno usmjeriti vodu prema imperatorima Arapima koji su učvršćeni. Uz to, ovaj je distributer odgovoran za regulaciju protoka koji je dopušten pri prolasku kroz Francisovu turbinu. Na taj se način snaga turbine može modificirati tako da se mora što više prilagoditi varijacijama opterećenja električne mreže. Istodobno, sposoban je usmjeravati protok tekućine kako bi poboljšao performanse stroja.
- Radno kolo ili rotor: to je srce Francisove turbine. To je zato što je to mjesto na kojem se odvija izmjena energije između cijelog stroja. Energija tekućine koja je normalno u trenutku prolaska kroz rotor zbroj je kinetičke energije, energije koju ima tlak i potencijalne energije s obzirom na visinu. Turbina je zadužena za pretvaranje te energije u električnu. Rotor je odgovoran za prijenos te energije kroz osovinu na električni generator gdje se provodi ta konačna pretvorba. Može imati nekoliko oblika, ovisno o određenom broju okretaja za koji je stroj dizajniran.
- 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 razine vode na izlazu. Općenito, ovaj je dio izgrađen u obliku difuzora tako da generira usisni učinak koji pomaže povratku dijela energije koja nije predana rotoru.
Nadam se da ćete s ovim podacima saznati više o Francisovoj turbini.