Одним из элементов, наиболее часто используемых в мире для производства гидроэлектроэнергии, является Турбина Фрэнсиса. Это турбомашина, разработанная Джеймсом Б. Фрэнсисом и работающая за счет реакции и смешанного потока. Это гидротурбины, которые способны создавать широкий диапазон прыжков и потоков и работать на склонах от двух метров до нескольких сотен метров.
В этой статье мы расскажем вам обо всех характеристиках и значении турбины Фрэнсиса.
Características principales
Турбина этого типа может работать на неравномерной высоте от нескольких метров до сотен метров. Таким образом, он предназначен для работы в широком диапазоне напоров и потоков. Благодаря высокопроизводительному клею и материалам, из которых он изготовлен, эта модель станет одной из самых используемых в мире. Его основное применение - в области производства электроэнергии на гидроэлектростанциях.
Как мы знаем, гидроэнергетика - это разновидность возобновляемой энергии, которая использует воду в контейнерах для выработки электрического тока. Эти турбины довольно сложны и дороги в установке, но могут работать десятилетиями. Это делает вложения в первоначальную стоимость турбин этого типа выше, чем у остальных. Однако оно того стоит, поскольку первоначальные вложения окупаются в первые несколько лет. Как и в случае фотоэлектрической энергии, в которой мы используем солнечные панели со средним сроком службы 25 лет, мы можем окупить инвестиции в течение 10-15 лет использования.
Турбина Фрэнсиса имеет гидродинамическую конструкцию, которая Это гарантирует нам высокую производительность за счет того, что практически отсутствуют потери воды. Они имеют довольно прочный внешний вид и не требуют больших затрат на обслуживание. Это одно из самых выгодных преимуществ турбин этого типа, поскольку они требуют меньшего обслуживания и сокращают общие затраты. Установка турбины Фрэнсиса на высоте более 800 метров вообще не рекомендуется, поскольку существует слишком много вариаций силы тяжести. Также не рекомендуется устанавливать этот тип турбины в местах с большими колебаниями расхода.
Кавитация в турбине Фрэнсиса
Кавитация - важный аспект, который мы должны постоянно контролировать. Это гидродинамический эффект, возникающий когда в воде, проходящей через турбины, образуются паровые полости. Как и в случае с водой, это может происходить с любой другой жидкостью, которая находится в жидком состоянии и через которую она действует под действием сил, которые реагируют на различия в депрессии. В этом случае это происходит, когда жидкость проходит с высокой скоростью через острый край и есть декомпенсация между жидкостями и сохранением постоянной Бернулли.
Может случиться так, что давление пара в жидкости таково, что молекулы могут сразу же измениться, когда они превратились в пар, и образуется большое количество пузырьков. Эти пузыри известны как полости. Отсюда и возникла концепция кавитации.
Все эти пузыри путешествовать в районы с более высоким давлением и с меньшим давлением. Во время этого путешествия пар внезапно возвращается в жидкое состояние. Это приводит к тому, что пузырьки в конечном итоге дробятся и разрушаются, образуя газовый след, который производит большое количество энергии на твердой поверхности и может треснуть во время столкновения.
Все это либо заставляет нас учитывать кавитацию в турбине Фрэнсиса.
Детали турбины Фрэнсиса
Турбины этого типа состоят из разных частей, и каждая из них отвечает за производство гидроэлектроэнергии. Мы собираемся проанализировать каждую из этих частей:
- Спиральная камера: Это часть турбины Фрэнсиса, которая отвечает за равномерное распределение жидкости на входе в рабочее колесо. Эта спиральная камера имеет форму улитки, и это связано с тем, что средняя скорость жидкости должна оставаться постоянной в каждой ее точке. По этой причине он должен быть в форме спирали и улитки. Поперечное сечение этой камеры может быть разного типа. С одной стороны, прямоугольные, а с другой - круглые, причем наиболее часто встречается круглая форма.
- Предраспространитель: Это часть турбины, состоящая из неподвижных лопаток. Эти лезвия имеют чисто конструктивную функцию. Они служат для поддержания структуры спиральной камеры, о которой мы упоминали выше, и придают ей достаточную жесткость, чтобы иметь возможность поддерживать всю гидродинамическую структуру и минимизировать потери воды.
- Распределитель: эта часть состоит из движущихся направляющих лопаток. Эти элементы должны удобно направлять воду к закрепленной крыльчатке арабов. Кроме того, этот распределитель отвечает за регулирование потока, допустимого при прохождении через турбину Фрэнсиса. Таким образом мощность турбины может быть изменена таким образом, чтобы ее необходимо было максимально адаптировать к колебаниям нагрузки в электрической сети. В то же время он способен направлять поток жидкости, чтобы улучшить производительность машины.
- Рабочее колесо или ротор: это сердце турбины Фрэнсиса. Это потому, что это место, где происходит обмен энергией между всей машиной. Энергия жидкости, обычно в момент прохождения через крыльчатку, представляет собой сумму кинетической энергии, энергии давления и потенциальной энергии по отношению к высоте. Турбина отвечает за преобразование этой энергии в электрическую. Рабочее колесо отвечает за передачу этой энергии через вал к электрическому генератору, где и выполняется окончательное преобразование. Он может иметь различные формы в зависимости от определенного числа оборотов, на которое рассчитана машина.
- Всасывающая трубка: Это часть, где жидкость выходит из турбины. Функция этой части состоит в том, чтобы обеспечить непрерывность жидкости и восстановить скачок, который был потерян в сооружениях, которые находятся выше уровня воды на выходе. Как правило, эта часть выполнена в виде диффузора, так что она создает эффект всасывания, который помогает рекуперировать часть энергии, которая не была передана ротору.
Я надеюсь, что с этой информацией вы сможете больше узнать о турбине Фрэнсиса.