Viens no elementiem, ko visā pasaulē visbiežāk izmanto hidroelektroenerģijas ražošanā, ir Francis turbīna. Tā ir turbo mašīna, kuru izstrādājis Džeimss B. Frensiss un kas darbojas caur reakciju un jauktu plūsmu. Tās ir hidrauliskās turbīnas, kas spēj nodrošināt plašu lēcienu un plūsmu diapazonu un darbojas nogāzēs, sākot no diviem metriem līdz vairākiem simtiem metru.
Šajā rakstā mēs jums pastāstīsim par visām Francis turbīnas īpašībām un nozīmi.
galvenās iezīmes
Šāda veida turbīnas spēj darboties nevienmērīgā augstumā, sākot no vairākiem metriem līdz simtiem metru. Tādā veidā tas ir veidots tā, lai varētu strādāt ar plašu galvu un plūsmu diapazonu. Pateicoties uzbūvētajai augstas efektivitātes līmei un tam izmantotajiem materiāliem, šis modelis būs viens no visbiežāk izmantotajiem pasaulē. Tās galvenais izmantošanas veids ir hidroelektrostaciju elektroenerģijas ražošana.
Hidroelektriskā enerģija, kā mēs zinām, ir atjaunojamās enerģijas veids, kas konteineros esošo augsto ūdeni izmanto elektriskās strāvas ģenerēšanai. Šīs turbīnas ir diezgan grūti un dārgi projektējamas, lai tās uzstādītu, taču tās var darboties gadu desmitiem. Tas padara ieguldījumus šāda veida turbīnu sākotnējās izmaksās lielākas nekā pārējās. Tomēr tas ir tā vērts, jo sākotnējie ieguldījumi pirmajos pāris gados spēj atmaksāties. Tāpat kā ar fotogalvanisko enerģiju, kurā mēs izmantojam saules baterijas, kuru vidējais kalpošanas laiks ir 25 gadi, mēs varam atlīdzināt ieguldījumus 10-15 lietošanas gadu laikā.
Francis turbīnai ir hidrodinamiskā konstrukcija Tas mums garantē augstu veiktspēju, jo gandrīz nav ūdens zudumu. Tie ir diezgan izturīgi pēc izskata un ar zemām uzturēšanas izmaksām. Šis ir viens no visizdevīgākajiem šāda veida turbīnu punktiem, jo uzturēšana ir zemāka un tas samazina vispārējās izmaksas. Francis turbīnas uzstādīšana, kuras augstums pārsniedz 800 metrus, vispār nav ieteicama, jo ir pārāk daudz gravitācijas variāciju. Tāpat nav ieteicams uzstādīt šāda veida turbīnas vietās, kur ir lielas plūsmas variācijas.
Kavitācija Francis turbīnā
Kavitācija ir svarīgs aspekts, kas mums vienmēr jākontrolē. Tas ir hidrodinamiskais efekts, kas rodas kad ūdenī, kas iet caur turbīnām, rodas tvaika dobumi. Tāpat kā ar ūdeni, tas var notikt ar jebkuru citu šķidrumu, kas atrodas šķidrā stāvoklī un caur kuru tas iedarbojās uz spēkiem, kas reaģē uz depresijas atšķirībām. Šajā gadījumā tas notiek, kad šķidrums lielā ātrumā iziet cauri asai malai un starp šķidrumiem un Bernulli konstantes saglabāšanos notiek dekompensācija.
Var gadīties, ka šķidruma tvaika spiediens ir tāds, ka molekulas var uzreiz mainīties no tvaikiem un veidojas liels skaits burbuļu. Šie burbuļi ir pazīstami kā dobumi. Šeit rodas kavitācijas jēdziens.
Visi šie burbuļi ceļot uz vietām, no kurām ir lielāks spiediens, uz vietām, kur ir mazāks spiediens. Šī brauciena laikā tvaiki pēkšņi atgriežas šķidrā stāvoklī. Tas izraisa burbuļu saspiešanu, neapmierinātību un gāzes gāzes veidošanos, kas uz cietās virsmas rada lielu enerģijas daudzumu un kas sadursmes laikā var sašķelt.
Tas viss vai nu liek mums ņemt vērā kavitāciju Francis turbīnā.
Francis turbīnu daļas
Šāda veida turbīnām ir dažādas daļas, un katra no tām ir atbildīga par hidroelektriskās enerģijas ražošanas garantēšanu. Mēs analizēsim katru no šīm daļām:
- Spirālveida kamera: Tā ir Franciska turbīnas daļa, kas ir atbildīga par vienmērīgu šķidruma sadalījumu lāpstiņrites ieplūdē. Šai spirālveida kamerai ir gliemeža forma, un tāpēc, ka šķidruma vidējam ātrumam katrā tās punktā jāpaliek nemainīgam. Tāpēc tam jābūt spirāles un gliemeža formā. Šīs kameras šķērsgriezums var būt dažāda veida. No vienas puses, taisnstūrveida un, no otras puses, apļveida, visbiežāk - apļveida.
- Iepriekš izplatītājs: Tā ir šīs turbīnas daļa, kas sastāv no fiksētiem asmeņiem. Šiem asmeņiem ir tīri strukturāla funkcija. Tie kalpo, lai uzturētu spirālveida kameras struktūru, kuru mēs jau minējām iepriekš, un piešķir tai pietiekamu stingrību, lai varētu atbalstīt visu hidrodinamisko struktūru un līdz minimumam samazināt ūdens zudumus.
- Izplatītājs: šī daļa ir būvēta, pārvietojot virzošos lāpstiņas. Šiem elementiem ir ērti jānovirza ūdens uz fiksēto lāpstiņratu arābiem. Turklāt šis izplatītājs ir atbildīgs par plūsmas regulēšanu, kas ir atļauta, izejot caur Francis turbīnu. Tādā veidā turbīnas jaudu var pārveidot tā, lai tā būtu pēc iespējas jāpielāgo elektriskā tīkla slodzes izmaiņām. Tajā pašā laikā tas spēj virzīt šķidruma plūsmu, lai uzlabotu mašīnas darbību.
- Darbrats vai rotors: tā ir Franciska turbīnas sirds. Tas ir tāpēc, ka tā ir vieta, kur notiek enerģijas apmaiņa starp visu mašīnu. Šķidruma enerģija, kas parasti notiek brīdī, kad tā iziet cauri lāpstiņritei, ir kinētiskās enerģijas, spiediena enerģijas un potenciālās enerģijas summa attiecībā pret augstumu. Turbīna ir atbildīga par šīs enerģijas pārveidošanu elektriskajā enerģijā. Darbrats ir atbildīgs par šīs enerģijas pārsūtīšanu caur vārpstu uz elektrisko ģeneratoru, kur tiek veikta šī galīgā pārveidošana. Tam var būt dažādas formas atkarībā no konkrētā apgriezienu skaita, kuram mašīna ir paredzēta.
- Iesūkšanas caurule: Tā ir tā daļa, kur šķidrums izplūst no turbīnas. Šīs daļas funkcija ir nodrošināt šķidruma nepārtrauktību un atgūt lēcienu, kas zaudēts objektos, kas atrodas virs izplūdes ūdens līmeņa. Parasti šī daļa ir uzbūvēta difuzora veidā tā, ka tā rada sūkšanas efektu, kas palīdz atgūt daļu enerģijas, kas nav piegādāta rotoram.
Es ceru, ka ar šo informāciju jūs varat uzzināt vairāk par Francis turbīnu.