אחד האלמנטים הנפוצים ביותר בעולם לייצור אנרגיה הידרואלקטרית הוא טורבינת פרנסיס. זו מכונת טורבו שפותחה על ידי ג'יימס ב 'פרנסיס ופועלת באמצעות תגובה וזרימה מעורבת. מדובר בטורבינות הידראוליות המסוגלות לתת מגוון רחב של קפיצות וקצב זרימה ופועלות במדרונות שנעים בין שני מטרים לכמה מאות מטרים.
במאמר זה אנו נספר לכם על כל המאפיינים והחשיבות של טורבינת פרנסיס.
תכונות עיקריות
טורבינה מסוג זה מסוגלת לפעול בגבהים לא אחידים הנעים בין כמה מטרים למאות מטרים. באופן זה, הוא נועד להיות מסוגל לעבוד במגוון רחב של ראשים וזרמים. הודות לדבק היעילות הגבוה שנבנה והחומרים המשמשים לו, דגם זה יהיה מהמשמשים ביותר בעולם. השימוש העיקרי בו הוא בתחום ייצור החשמל במפעלים הידרואלקטריים.
אנרגיה הידרואלקטרית, כידוע, היא סוג של אנרגיה מתחדשת המשתמשת במים במיכלים כדי לייצר זרם חשמלי. טורבינות אלו די קשות ויקרות לתכנון להתקנה אך יכולות לפעול במשך עשרות שנים. זה הופך את ההשקעה בעלות ההתחלתית של טורבינות מסוג זה לגדולה יותר מהשאר. עם זאת, כדאי כי ההשקעה הראשונית מסוגלת להתאושש בשנים הראשונות. כמו באנרגיה פוטו-וולטאית בה אנו משתמשים בפאנלים סולאריים עם אורך חיים ממוצע של 25 שנה, אנו יכולים להחזיר את ההשקעה במהלך 10-15 שנות השימוש.
טורבינת פרנסיס כוללת עיצוב הידרודינמי זה מבטיח לנו ביצועים גבוהים בגלל העובדה שכמעט אין הפסדי מים. הם חזקים למדי למראה ויש להם עלות תחזוקה נמוכה. זו אחת הנקודות המשתלמות ביותר של טורבינות מסוג זה שכן התחזוקה נמוכה יותר ומה שמפחית את העלויות הכלליות. התקנה של טורבינת פרנסיס בגובה של יותר מ -800 מטר אינה מומלצת כלל מכיוון שישנן יותר מדי שונות בכוח המשיכה. כמו כן, לא מומלץ להתקין טורבינה מסוג זה במקומות בהם קיימים שינויים גדולים בזרימה.
Cavitation בטורבינת פרנסיס
Cavitation הוא היבט חשוב שעלינו לשלוט בו בכל עת. זהו אפקט הידרודינמי המתרחש כאשר נוצרים חללי קיטור בתוך המים העוברים בטורבינות. כמו במים, זה יכול להתרחש עם כל נוזל אחר שנמצא במצב נוזלי ודרכו הוא פעל על כוחות המגיבים להבדלי דיכאון. במקרה זה, זה קורה כאשר הנוזל עובר במהירות גבוהה דרך קצה חד ויש פיצויים בין הנוזלים לשימור קבוע ברנולי.
זה יכול לקרות שלחץ האדים של הנוזל הוא בצורה כזו שהמולקולות יכולות להשתנות מיד כשהיה אדי ונוצר מספר גדול של בועות. בועות אלה מכונות חללים. מכאן נובע מושג הקוויטציה.
כל הבועות האלה נסיעה לאזורים מהם יש לחץ גבוה יותר למקום שיש פחות לחץ. במהלך מסע זה, האדים חוזרים לפתע למצב הנוזלי. זה גורם לכך שהבועות נמעכות ומתסכלות ומייצרות שביל גז המייצר כמות גדולה של אנרגיה על המשטח המוצק ויכול להיסדק במהלך ההתנגשות.
כל זה גורם לנו גם לקחת בחשבון את החלל בטורבינת פרנסיס.
חלקי טורבינה של פרנסיס
לסוג זה של טורבינות יש חלקים שונים וכל אחד ממונה על הבטחת ייצור האנרגיה ההידרואלקטרית. אנו הולכים לנתח כל אחד מחלקים אלה:
- תא ספירלה: זהו החלק בטורבינת פרנסיס האחראי על חלוקת הנוזל באופן שווה בכניסה של המדחף. לתא ספירלה זה יש צורת חלזון וזה נובע מהעובדה שהמהירות הממוצעת של הנוזל חייבת להישאר קבועה בכל נקודה בה. זו הסיבה שהיא חייבת להיות בצורת ספירלה ושבלול. חתך החדר של החדר הזה יכול להיות מסוגים שונים. מצד אחד, מלבני ומצד שני מעגלי, המעגל הוא השכיח ביותר.
- מפיץ מראש: זהו החלק בטורבינה זו המורכב מלהבים קבועים. להבים אלה הם בעלי פונקציה מבנית גרידא. הם משמשים לשמירה על מבנה תא הספירלה שהזכרנו לעיל ולתת לו נוקשות מספקת כדי להיות מסוגל לתמוך במבנה ההידרודינמי כולו ולמזער את הפסדי המים.
- מֵפִיץ: חלק זה בנוי על ידי שבילי נחייה נעים. אלמנטים אלה חייבים לכוון את המים לעבר הערבים המוצבים המקובעים. בנוסף, מפיץ זה אחראי על ויסות הזרימה המותרת במעבר בטורבינת פרנסיס. כך ניתן לשנות את כוחה של הטורבינה כך שיהיה צורך להתאים אותה עד כמה שניתן לשינוי העומס של רשת החשמל. יחד עם זאת, הוא מסוגל לכוון את זרימת הנוזל על מנת לשפר את ביצועי המכונה.
- מאיץ או רוטור: זהו לב טורבינת פרנסיס. הסיבה לכך היא שזה המקום בו מתחלפת חילופי האנרגיה בין המכונה כולה. האנרגיה של הנוזל בדרך כלל ברגע שהוא עובר דרך המדחף היא סכום האנרגיה הקינטית, האנרגיה שיש ללחץ והאנרגיה הפוטנציאלית ביחס לגובה. הטורבינה אחראית להמרת אנרגיה זו לאנרגיה חשמלית. המדחף אחראי על העברת אנרגיה זו דרך פיר לגנרטור חשמלי שם מתבצעת המרה סופית זו. יכולות להיות לה צורות שונות בהתאם למספר המהפכה הספציפי שאליו מיועדת המכונה.
- צינור יניקה: זה החלק בו הנוזל יוצא מהטורבינה. תפקידו של חלק זה הוא לתת המשכיות לנוזל ולהחזיר את הקפיצה שאבדה במתקנים הנמצאים מעל מפלס המים היוצא. באופן כללי, חלק זה בנוי בצורה של מפזר כך שהוא מייצר אפקט יניקה המסייע להחזרת חלק מהאנרגיה שלא הועברה לרוטור.
אני מקווה שעם מידע זה תוכלו ללמוד עוד על טורבינת פרנסיס.