水力発電に世界で最も使用されている要素のXNUMXつは、 フランシス水車。 これは、ジェームズB.フランシスによって開発され、反応と混合流を介して動作するターボ機械です。 それらは、広範囲のジャンプと流れを与えることができ、XNUMXメートルから数百メートルの範囲の斜面で作動する油圧タービンです。
この記事では、フランシス水車のすべての特徴と重要性について説明します。
主要な機能
このタイプのタービンは、数メートルから数百メートルの範囲の不均一な高さで動作することができます。 このように、それは広範囲のヘッドとフローで動作できるように設計されています。 製造された高効率接着剤とそれに使用された材料のおかげで、このモデルは世界で最も使用されているモデルのXNUMXつになります。 その主な用途は、水力発電所の発電の分野です。
私たちが知っているように、水力発電は、コンテナ内の水を使用して電流を生成する再生可能エネルギーの一種です。 これらのタービンは、設置するための設計が非常に困難で費用がかかりますが、数十年にわたって運転できます。 これにより、このタイプのタービンの初期費用への投資は他のタービンよりも高くなります。 ただし、初期投資は最初の数年で回収できるため、それだけの価値があります。 平均耐用年数25年のソーラーパネルを使用する太陽光発電と同様に、10〜15年の使用で投資を回収することができます。
フランシス水車は、流体力学的設計を特徴としています。 水の損失がほとんどないため、高性能が保証されます。 外観は非常に頑丈で、メンテナンスコストも低く抑えられます。 これは、メンテナンスが少なく、一般的なコストを削減できるため、このタイプのタービンの最も有利な点の800つです。 高さXNUMXメートルを超えるフランシス水車の設置は、重力の変動が多すぎるため、まったくお勧めできません。 また、流量の変動が大きい場所にこのタイプのタービンを設置することはお勧めできません。
フランシス水車のキャビテーション
キャビテーションは、私たちが常に管理しなければならない重要な側面です。 発生するのは流体力学的効果です タービンを通過する水中に蒸気空洞が発生したとき。 水と同様に、液体状態にあり、うつ病の違いに反応する力に作用する他の流体で発生する可能性があります。 この場合、流体が鋭いエッジを高速で通過し、流体とベルヌーイ定数の保存との間に代償不全がある場合に発生します。
液体の蒸気圧は、分子が蒸気から即座に変化し、多数の気泡が形成されるようなものである可能性があります。 これらの泡は空洞として知られています。 これがキャビテーションの概念の由来です。
これらすべての泡 圧力が高い場所から圧力が低い場所への移動。 この旅の間に、蒸気は突然液体状態に戻ります。 これにより、気泡が押しつぶされ、イライラし、ガストレイルが生成されて、固体表面に大量のエネルギーが生成され、衝突中に亀裂が発生する可能性があります。
これらすべてにより、フランシス水車のキャビテーションを考慮に入れる必要があります。
フランシス水車部品
このタイプのタービンにはさまざまな部品があり、それぞれが水力発電エネルギーの生成を保証する責任があります。 これらの各部分を分析します。
- スパイラルチャンバー： インペラの入口で流体を均等に分配するのは、フランシス水車の一部です。 このスパイラルチャンバーはカタツムリの形をしており、流体の平均速度はその各ポイントで一定に保たれなければならないという事実によるものです。 これが、スパイラルとカタツムリの形でなければならない理由です。 このチャンバーの断面は、さまざまなタイプにすることができます。 一方では長方形で、もう一方では円形で、円形が最も頻繁に使用されます。
- プレディストリビューター： 固定ブレードで構成されているのはこのタービンの一部です。 これらのブレードは純粋に構造的な機能を持っています。 これらは、前述のスパイラルチャンバーの構造を維持し、流体力学的構造全体をサポートして水の損失を最小限に抑えるのに十分な剛性を与えるのに役立ちます。
- ディストリビューター： この部分は、ガイドベーンを動かすことによって構築されます。 これらの要素は、固定されているインペラアラブに水を都合よく向ける必要があります。 さらに、このディストリビューターは、フランシス水車を通過するときに許可される流量を調整する責任があります。 これは、タービンの出力を変更して、電気ネットワークの負荷変動に合わせて可能な限り調整する必要があるようにする方法です。 同時に、機械の性能を向上させるために流体の流れを方向付けることができます。
- インペラーまたはローター： それはフランシス水車の心臓部です。 これは、機械全体でエネルギー交換が行われる場所だからです。 通常、インペラを通過する瞬間の流体のエネルギーは、運動エネルギー、圧力が持つエネルギー、および高さに対する位置エネルギーの合計です。 タービンは、このエネルギーを電気エネルギーに変換する役割を果たします。 インペラは、このエネルギーをシャフトを介して発電機に伝達し、そこでこの最終変換が実行されます。 機械が設計されている特定の回転数に応じて、いくつかの形式があります。
- 吸引チューブ： タービンから流体が出る部分です。 この部分の機能は、流体に連続性を与え、出口の水位より上にある施設で失われたジャンプを回復することです。 一般に、この部品はディフューザーの形で構築されているため、ローターに供給されなかったエネルギーの一部を回収するのに役立つ吸引効果を生成します。
この情報で、フランシス水車についてもっと学ぶことができることを願っています。