Jedným z globálne najpoužívanejších prvkov na výrobu vodnej energie je Františkova turbína. Je to turbo stroj, ktorý vyvinul James B. Francis a pracuje na základe reakcie a zmiešaného toku. Sú to hydraulické turbíny, ktoré sú schopné poskytnúť širokú škálu skokov a prietokov a pracujú na svahoch od dvoch metrov do niekoľkých stoviek metrov.
V tomto článku vám povieme o všetkých vlastnostiach a dôležitosti Francisovej turbíny.
kľúčové vlastnosti
Tento typ turbíny je schopný pracovať v nerovnomerných výškach od niekoľkých metrov do stoviek metrov. Týmto spôsobom je navrhnutý tak, aby bol schopný pracovať v širokom rozsahu hláv a tokov. Vďaka vysoko účinnému lepidlu a použitým materiálom bude tento model jedným z najpoužívanejších na svete. Jeho hlavné využitie je v oblasti výroby elektrickej energie vo vodných elektrárňach.
Hydroelektrická energia, ako vieme, je druh obnoviteľnej energie, ktorá využíva vodu v nádobách na generovanie elektrického prúdu. Inštalácia týchto turbín je dosť náročná a nákladná, ale môžu pracovať desaťročia. Vďaka tomu je investícia do počiatočných nákladov na tento typ turbín vyššia ako vo zvyšku. Stojí to však za to, pretože počiatočná investícia je schopná splatiť sa v prvých niekoľkých rokoch. Rovnako ako v prípade fotovoltaickej energie, v ktorej používame solárne panely s priemernou životnosťou 25 rokov, môžeme investíciu vrátiť počas 10 - 15 rokov používania.
Turbína Francis má hydrodynamický dizajn Zaručuje nám vysoký výkon vďaka skutočnosti, že nedochádza takmer k žiadnym stratám vody. Vyzerajú dosť robustne a majú nízke náklady na údržbu. Toto je jeden z najvýhodnejších bodov tohto typu turbín, pretože údržba je nižšia a čo znižuje všeobecné náklady. Inštalácia Francisovej turbíny s výškami väčšími ako 800 metrov sa vôbec neodporúča, pretože existuje príliš veľa variácií gravitácie. Nie je tiež vhodné inštalovať tento typ turbíny na miesta, kde sú veľké zmeny prietoku.
Kavitácia vo Francisovej turbíne
Kavitácia je dôležitý aspekt, ktorý musíme mať neustále pod kontrolou. Dochádza k hydrodynamickému efektu keď sa vo vode, ktorá prechádza turbínami, vytvárajú parné dutiny. Rovnako ako pri vode, môže sa vyskytnúť u akejkoľvek inej tekutiny, ktorá je v tekutom stave a prostredníctvom ktorej pôsobila na sily, ktoré reagujú na rozdiely v depresii. V takom prípade sa to stane, keď tekutina prechádza vysokou rýchlosťou cez ostrú hranu a dôjde k dekompenzácii medzi tekutinami a zachovaniu Bernoulliho konštanty.
Môže sa stať, že tlak pár kvapaliny je taký, že molekuly sa môžu okamžite zmeniť, bola to para a vytvára sa veľké množstvo bublín. Tieto bubliny sú známe ako dutiny. Odtiaľ pochádza koncept kavitácie.
Všetky tieto bubliny cestujte do oblastí, kde je vyšší tlak, až do miest, kde je menší tlak. Počas tejto cesty sa para náhle vráti do tekutého stavu. To spôsobí, že bubliny sa nakoniec rozdrvia a frustrujú a vytvoria plynovú stopu, ktorá produkuje veľké množstvo energie na pevnom povrchu a ktorá môže počas zrážky prasknúť.
To všetko nás núti brať do úvahy kavitáciu vo Francisovej turbíne.
Francisove časti turbíny
Tento typ turbín má rôzne časti a každá z nich je zodpovedná za zaručenie výroby vodnej energie. Budeme analyzovať každú z týchto častí:
- Špirálová komora: Je to časť Francisovej turbíny, ktorá je zodpovedná za rovnomerné rozdelenie kvapaliny na vstupe obežného kolesa. Táto špirálová komora má tvar slimáka a je to preto, že priemerná rýchlosť tekutiny musí zostať konštantná v každom jej bode. To je dôvod, prečo musí mať tvar špirály a slimáka. Prierez tejto komory môže byť rôznych typov. Na jednej strane obdĺžnikové a na druhej kruhové, kruhový je najbežnejší.
- Predistributor: Je to časť tejto turbíny, ktorá je tvorená pevnými lopatkami. Tieto čepele majú čisto štrukturálnu funkciu. Slúžia na udržanie štruktúry špirálovitej komory, ktorú sme už spomenuli vyššie, a dodávajú jej dostatočnú tuhosť, aby dokázala uniesť celú hydrodynamickú štruktúru a minimalizovať straty vody.
- Distribútor: táto časť je vyrobená pohyblivými vodiacimi lopatkami. Tieto prvky musia pohodlne usmerňovať vodu smerom k Arabom obežného kolesa, ktoré sú upevnené. Tento distribútor je ďalej zodpovedný za reguláciu prietoku, ktorý je povolený pri prechode cez Francisovu turbínu. Takto možno upraviť výkon turbíny tak, aby sa musela čo najviac prispôsobiť zmenám záťaže elektrickej siete. Zároveň je schopný usmerňovať tok kvapaliny s cieľom zlepšiť výkonnosť stroja.
- Obežné koleso alebo rotor: je to srdce Františkovej turbíny. Je to tak preto, lebo je to miesto, kde dochádza k výmene energie medzi celým strojom. Energia tekutiny bežne v okamihu, keď prechádza obežným kolesom, je súčtom kinetickej energie, energie, ktorú má tlak, a potenciálnej energie vzhľadom na výšku. Turbína je zodpovedná za premenu tejto energie na elektrickú. Obežné koleso je zodpovedné za prenos tejto energie cez hriadeľ do elektrického generátora, kde sa vykonáva táto konečná premena. Môže mať rôzne podoby v závislosti od konkrétneho počtu otáčok, pre ktoré je stroj určený.
- Sacia trubica: Je to časť, kde tekutina vychádza z turbíny. Funkciou tejto časti je zabezpečiť kontinuitu kvapaliny a regenerovať skok, ktorý sa stratil v zariadeniach nad úrovňou výstupnej vody. Všeobecne je táto časť vyrobená vo forme difúzora, takže vytvára sací efekt, ktorý pomáha regenerovať časť energie, ktorá nebola dodaná do rotora.
Dúfam, že s týmito informáciami sa dozviete viac o Francisovej turbíne.