Francis turbina

Uno degli elementi più utilizzati a livello globale per la generazione di energia idroelettrica è il Francis turbina. È una macchina turbo sviluppata da James B. Francis e funziona tramite reazione e flusso misto. Sono turbine idrauliche in grado di dare un'ampia gamma di salti e portate e funzionano su pendenze che vanno da due metri a diverse centinaia di metri.

In questo articolo vi parleremo di tutte le caratteristiche e l'importanza della turbina Francis.

caratteristiche principali

Questo tipo di turbina è in grado di funzionare a livelli disomogenei di altezze che vanno da diversi metri a centinaia di metri. In questo modo è progettato per poter lavorare con un'ampia gamma di prevalenze e portate. Grazie alla colla ad alta efficienza che viene costruita e ai materiali utilizzati, questo modello sarà uno dei più utilizzati al mondo. Il suo utilizzo principale è nel campo della generazione di energia elettrica nelle centrali idroelettriche.

L'energia idroelettrica, come sappiamo, è un tipo di energia rinnovabile che utilizza l'acqua nei contenitori per generare una corrente elettrica. Queste turbine sono piuttosto difficili e costose da progettare da installare, ma possono funzionare per decenni. Ciò rende l'investimento nel costo iniziale di questo tipo di turbine superiore al resto. Tuttavia, ne vale la pena in quanto l'investimento iniziale è in grado di ripagare nei primi anni. Come per l'energia fotovoltaica in cui utilizziamo pannelli solari con una vita utile media di 25 anni, possiamo recuperare l'investimento durante i 10-15 anni di utilizzo.

La turbina Francis presenta un design idrodinamico che Ci garantisce prestazioni elevate grazie al fatto che non ci sono quasi perdite d'acqua. Hanno un aspetto abbastanza robusto e un basso costo di manutenzione. Questo è uno dei punti più vantaggiosi di questo tipo di turbine poiché la manutenzione è minore e ciò riduce i costi generali. L'installazione di una turbina Francis con altezze superiori a 800 metri è sconsigliata in quanto ci sono troppe variazioni di gravità. Né è consigliabile installare questo tipo di turbina in luoghi dove ci sono grandi variazioni di flusso.

Cavitazione nella turbina Francis

La cavitazione è un aspetto importante che dobbiamo controllare in ogni momento. È un effetto idrodinamico che si verifica quando si generano cavità di vapore all'interno dell'acqua che sta attraversando le turbine. Come con l'acqua, può verificarsi con qualsiasi altro fluido che è allo stato liquido e attraverso il quale ha agito su forze che rispondono alle differenze nella depressione. In questo caso accade quando il fluido passa ad alta velocità attraverso uno spigolo vivo e si hanno degli scompensi tra i fluidi e la conservazione della costante di Bernoulli.

Può accadere che la tensione di vapore del liquido sia in modo tale che le molecole possano cambiare immediatamente se è stato vapore e si formano un gran numero di bolle. Queste bolle sono note come cavità. Da qui nasce il concetto di cavitazione.

Tutte queste bolle viaggiare in aree da dove c'è una pressione maggiore a dove c'è meno pressione. Durante questo viaggio, il vapore torna improvvisamente allo stato liquido. Ciò fa sì che le bolle finiscano per frantumare e frustrare e produrre una scia di gas che produce una grande quantità di energia sulla superficie solida e che può rompersi durante la collisione.

Tutto questo ci obbliga a tenere conto della cavitazione nella turbina Francis.

Francis parti della turbina

Questo tipo di turbine ha parti diverse e ognuna ha il compito di garantire la generazione di energia idroelettrica. Analizzeremo ciascuna di queste parti:

• Camera a spirale: È la parte della turbina Francis che è responsabile della distribuzione uniforme del fluido all'ingresso della girante. Questa camera a spirale ha una forma a chiocciola ed è perché la velocità media del fluido deve rimanere costante in ogni punto di esso. Questo è il motivo per cui deve essere a forma di spirale e chiocciola. La sezione trasversale di questa camera può essere di vario tipo. Da un lato rettangolare e dall'altro circolare, essendo la circolare la più frequente.
• Predistributore: È la parte di questa turbina costituita da pale fisse. Queste lame hanno una funzione puramente strutturale. Servono a mantenere la struttura della camera a spirale che abbiamo menzionato sopra e gli conferiscono una rigidità sufficiente per poter supportare l'intera struttura idrodinamica e ridurre al minimo le perdite d'acqua.
• Distributore: questa parte è costruita spostando le alette di guida. Questi elementi devono convogliare convenientemente l'acqua verso la girante araba che si fissa. Inoltre, questo distributore ha il compito di regolare il flusso consentito al passaggio attraverso la turbina Francis. In questo modo è possibile modificare la potenza della turbina per adeguarla il più possibile alle variazioni di carico della rete elettrica. Allo stesso tempo, è in grado di dirigere il flusso del fluido per migliorare le prestazioni della macchina.
• Girante o rotore: è il cuore della turbina Francis. Questo perché è il luogo in cui avviene lo scambio di energia tra l'intera macchina. L'energia del fluido normalmente nel momento in cui attraversa la girante è la somma dell'energia cinetica, l'energia che ha la pressione e l'energia potenziale rispetto all'altezza. La turbina è responsabile della conversione di questa energia in energia elettrica. La girante è responsabile della trasmissione di questa energia attraverso un albero a un generatore elettrico dove viene eseguita questa conversione finale. Può avere varie forme a seconda del numero specifico di giri per cui è progettata la macchina.
• Tubo di aspirazione: È la parte da cui esce il fluido dalla turbina. La funzione di questa parte è quella di dare continuità al fluido e recuperare il salto che si è perso negli impianti che si trovano al di sopra del livello dell'acqua in uscita. In generale, questa parte è costruita sotto forma di un diffusore in modo che generi un effetto di aspirazione che aiuti a recuperare parte dell'energia che non è stata erogata al rotore.

Spero che con queste informazioni possiate saperne di più sulla turbina Francis.