Een van de elementen die wereldwijd het meest worden gebruikt voor het opwekken van hydro-elektrische energie is de Francis turbine. Het is een turbomachine die is ontwikkeld door James B. Francis en werkt door middel van reactie en mixed flow. Het zijn hydraulische turbines die in staat zijn om een breed scala aan sprongen en stroomsnelheden te geven en werken op hellingen van twee meter tot enkele honderden meters.
In dit artikel gaan we je vertellen over alle kenmerken en het belang van de Francis-turbine.
hoofdkenmerken
Dit type turbine kan werken op ongelijke hoogten van enkele meters tot honderden meters. Op deze manier is het ontworpen om in een breed scala aan koppen en stromen te kunnen werken. Dankzij de zeer efficiënte lijm die is gebouwd en de materialen die ervoor worden gebruikt, zal dit model een van de meest gebruikte ter wereld zijn. Het wordt voornamelijk gebruikt op het gebied van elektriciteitsopwekking in waterkrachtcentrales.
Hydro-elektrische energie is, zoals we weten, een soort hernieuwbare energie die het water in de containers gebruikt om elektrische stroom op te wekken. Deze turbines zijn vrij moeilijk en duur om te installeren om te installeren, maar kunnen tientallen jaren draaien. Dit maakt de investering in de initiële kosten van dit type turbines hoger dan de rest. Het is echter de moeite waard, aangezien de initiële investering zich in de eerste jaren kan terugbetalen. Net als bij fotovoltaïsche energie waarin we zonnepanelen gebruiken met een gemiddelde levensduur van 25 jaar, kunnen we de investering terugverdienen tijdens de 10-15 jaar dat we het gebruiken.
De Francis-turbine heeft een hydrodynamisch ontwerp dat Het garandeert ons een hoge prestatie doordat er nauwelijks waterverliezen zijn. Ze zien er vrij robuust uit en hebben lage onderhoudskosten. Dit is een van de meest voordelige punten van dit type turbines omdat het onderhoud lager is en de algemene kosten lager zijn. De installatie van een Francis-turbine met een hoogte van meer dan 800 meter wordt helemaal niet aanbevolen omdat er te veel variaties in de zwaartekracht zijn. Het is ook niet aan te raden om dit type turbine te installeren op plaatsen met grote variaties in stroming.
Cavitatie in de Francis-turbine
Cavitatie is een belangrijk aspect dat we te allen tijde moeten beheersen. Het is een hydrodynamisch effect dat optreedt wanneer stoomholtes worden gegenereerd in het water dat door de turbines stroomt. Net als bij water kan het voorkomen bij elk ander fluïdum dat zich in vloeibare toestand bevindt en waardoor het inwerkt op krachten die reageren op verschillen in depressie. In dit geval gebeurt het wanneer de vloeistof met hoge snelheid door een scherpe rand gaat en er decompensaties zijn tussen de vloeistoffen en het behoud van de Bernoulli-constante.
Het kan gebeuren dat de dampspanning van de vloeistof zodanig is dat de moleculen direct kunnen veranderen als het damp is geweest en er een groot aantal bellen wordt gevormd. Deze bellen staan bekend als holtes. Dit is waar het concept van cavitatie vandaan komt.
Al deze bubbels reis naar gebieden van waar er hogere druk is naar waar er minder druk is. Tijdens deze reis keert de damp plotseling terug naar de vloeibare toestand. Dit zorgt ervoor dat de bellen uiteindelijk verpletterend en frustrerend worden en een gasspoor produceren dat een grote hoeveelheid energie produceert op het vaste oppervlak en dat kan barsten tijdens de botsing.
Dit alles zorgt ervoor dat we rekening moeten houden met cavitatie in de Francis-turbine.
Francis turbine onderdelen
Dit type turbines heeft verschillende onderdelen en elk is verantwoordelijk voor het garanderen van de opwekking van hydro-elektrische energie. We gaan elk van deze onderdelen analyseren:
- Spiraalvormige kamer: Het is het deel van de Francis-turbine dat verantwoordelijk is voor de gelijkmatige verdeling van de vloeistof bij de inlaat van de waaier. Deze spiraalkamer heeft de vorm van een slak en dat komt omdat de gemiddelde snelheid van de vloeistof op elk punt ervan constant moet blijven. Dit is de reden waarom het de vorm moet hebben van een spiraal en een slak. De doorsnede van deze kamer kan van verschillende typen zijn. Enerzijds rechthoekig en anderzijds rond, waarbij de cirkel het meest voorkomt.
- Predistributor: Het is het deel van deze turbine dat is opgebouwd uit vaste bladen. Deze lamellen hebben een puur structurele functie. Ze dienen om de structuur van de spiraalkamer die we hierboven hebben genoemd te behouden en deze voldoende stijfheid te geven om de gehele hydrodynamische structuur te kunnen ondersteunen en waterverliezen tot een minimum te beperken.
- Distributeur: dit deel is opgebouwd door bewegende leischoepen. Deze elementen moeten het water gemakkelijk naar de vastgezette Arabieren leiden. Bovendien is deze distributeur verantwoordelijk voor het regelen van het debiet dat is toegestaan bij het passeren van de Francis-turbine. Op deze manier kan het vermogen van de turbine worden aangepast zodat het zoveel mogelijk moet worden aangepast aan de belastingsvariaties van het elektrische netwerk. Tegelijkertijd is het in staat om de vloeistofstroom te sturen om de prestaties van de machine te verbeteren.
- Waaier of rotor: het is het hart van de Francis-turbine. Dit komt omdat het de plaats is waar de energie-uitwisseling plaatsvindt tussen de hele machine. De energie van de vloeistof die normaal gesproken door de waaier gaat, is de som van de kinetische energie, de energie die de druk heeft en de potentiële energie met betrekking tot de hoogte. De turbine is verantwoordelijk voor het omzetten van deze energie in elektrische energie. De waaier is verantwoordelijk voor het overbrengen van deze energie via een as naar een elektrische generator waar deze laatste conversie wordt uitgevoerd. Het kan verschillende vormen hebben, afhankelijk van het specifieke aantal omwentelingen waarvoor de machine is ontworpen.
- Aanzuigslang: Het is het gedeelte waar de vloeistof uit de turbine komt. De functie van dit onderdeel is om continuïteit te geven aan de vloeistof en de sprong te herstellen die verloren is gegaan in de faciliteiten die zich boven het uitlaatwaterniveau bevinden. Over het algemeen is dit onderdeel gebouwd in de vorm van een diffusor, zodat het een zuigeffect genereert dat helpt om een deel van de energie terug te winnen die niet aan de rotor is geleverd.
Ik hoop dat je met deze informatie meer te weten kunt komen over de Francis-turbine.