Et av elementene som er mest brukt globalt for generering av vannkraft er Francis turbin. Det er en turbomaskin som ble utviklet av James B. Francis, og som fungerer gjennom reaksjon og blandet flyt. De er hydrauliske turbiner som er i stand til å gi et bredt spekter av hopp og strømmer og opererer i skråninger fra to meter til flere hundre meter.
I denne artikkelen skal vi fortelle deg om alle egenskapene og betydningen av Francis-turbinen.
Hovedkarakteristikker
Denne typen turbiner er i stand til å operere i ujevne høyder fra flere meter til hundrevis av meter. På denne måten er den designet for å kunne jobbe i et bredt spekter av hoder og strømmer. Takket være det høyeffektive limet som er bygget og materialene som brukes til det, vil denne modellen være en av de mest brukte i verden. Dens viktigste bruk er innen produksjon av elektrisk kraft i vannkraftverk.
Vannkraft er som kjent en type fornybar energi som bruker det høye vannet i beholderne for å kunne generere en elektrisk strøm. Disse turbinene er ganske vanskelige og dyre å konstruere for å installere, men kan fungere i flere tiår. Dette gjør investeringen i den opprinnelige kostnaden for denne typen turbiner høyere enn resten. Det er imidlertid verdt det da den opprinnelige investeringen kan lønne seg de første årene. Som med solcelleanlegg der vi bruker solcellepaneler med en gjennomsnittlig brukstid på 25 år, kan vi få tilbake investeringen i løpet av 10-15 års bruk.
Francis-turbinen har en hydrodynamisk design som Det garanterer oss høy ytelse på grunn av at det knapt er vanntap. De er ganske robuste i utseende og har lave vedlikeholdskostnader. Dette er et av de mest fordelaktige punktene for denne typen turbiner siden vedlikeholdet er lavere og det som reduserer de generelle kostnadene. Installasjon av en Francis-turbin med høyder over 800 meter anbefales ikke i det hele tatt, siden det er for mange variasjoner i tyngdekraften. Det er heller ikke tilrådelig å installere denne typen turbiner på steder der det er store variasjoner i flyt.
Kavitasjon i Francis-turbinen
Kavitasjon er et viktig aspekt som vi til enhver tid må kontrollere. Det er en hydrodynamisk effekt som oppstår når det dannes damphulrom i vannet som passerer gjennom turbinene. Som med vann, kan det forekomme med en hvilken som helst annen væske som er i flytende tilstand og som den påvirker krefter som reagerer på forskjeller i depresjon. I dette tilfellet skjer det når væsken passerer i høy hastighet gjennom en skarp kant og det er dekompensasjoner mellom væskene og bevaringen av Bernoulli-konstanten.
Det kan skje at væskens damptrykk er på en slik måte at molekylene umiddelbart kan skifte fra damp og et stort antall bobler dannes. Disse boblene er kjent som hulrom. Det er her begrepet kavitasjon kommer fra.
Alle disse boblene reise til områder der det er høyere trykk til der det er mindre trykk. I løpet av denne reisen går dampen plutselig tilbake til flytende tilstand. Dette fører til at boblene ender med å knuse, frustrere og produsere et gassspor som produserer en stor mengde energi på den faste overflaten og som kan sprekke under kollisjonen.
Alt dette gjør at vi enten må ta hensyn til kavitasjon i Francis-turbinen.
Francis turbindeler
Denne typen turbiner har forskjellige deler, og hver enkelt har ansvaret for å garantere generering av vannkraft. Vi skal analysere hver av disse delene:
- Spiralkammer: Det er den delen av Francis-turbinen som er ansvarlig for jevn fordeling av væsken ved løpehjulets innløp. Dette spiralkammeret har snegleform, og det er fordi gjennomsnittshastigheten til væsken må forbli konstant på hvert punkt av den. Dette er grunnen til at den må være i form av en spiral og en snegl. Tverrsnittet av dette kammeret kan være av forskjellige typer. På den ene siden, rektangulær og på den andre sirkulære, er sirkulæren den hyppigste.
- Forhandler: Det er den delen av denne turbinen som består av faste kniver. Disse bladene har en rent strukturell funksjon. De tjener til å opprettholde strukturen i spiralkammeret som vi har nevnt ovenfor, og gir det tilstrekkelig stivhet til å kunne støtte hele den hydrodynamiske strukturen og minimere vanntap.
- Distributør: denne delen er bygget av bevegelige ledeskovler. Disse elementene må enkelt rette vannet mot løpehjulets araber som er fikset. I tillegg er denne distributøren ansvarlig for å regulere strømningen som er tillatt når den passerer gjennom Francis-turbinen. Slik kan turbinens kraft modifiseres slik at den må justeres så mye som mulig til belastningsvariasjonene til det elektriske nettverket. Samtidig er den i stand til å styre væskestrømmen for å forbedre maskinens ytelse.
- Pumpehjul eller rotor: det er hjertet av Francis-turbinen. Dette er fordi det er stedet der energiutvekslingen skjer mellom hele maskinen. Væskens energi normalt i det øyeblikket den passerer gjennom løpehjulet er summen av den kinetiske energien, energien som trykket har og den potensielle energien i forhold til høyden. Turbinen er ansvarlig for å konvertere denne energien til elektrisk energi. Pumpehjulet er ansvarlig for å overføre denne energien gjennom en aksel til en elektrisk generator der denne endelige konverteringen utføres. Det kan ha forskjellige former avhengig av det spesifikke antall revolusjoner maskinen er designet for.
- Sugerør: Det er den delen der væsken kommer ut av turbinen. Funksjonen til denne delen er å gi kontinuitet til væsken og gjenopprette hoppet som har gått tapt i anleggene som er over utløpsvannnivået. Generelt er denne delen bygget i form av en diffusor slik at den genererer en sugeeffekt som hjelper til med å gjenvinne en del av energien som ikke er levert til rotoren.
Jeg håper at med denne informasjonen kan du lære mer om Francis-turbinen.