Један од елемената који се глобално највише користи за производњу хидроелектричне енергије је Францисова турбина. То је турбо машина коју је развио Јамес Б. Францис и која делује реакцијом и мешаним током. То су хидрауличке турбине које су способне да дају широк спектар скокова и брзина протока и раде на косинама у распону од два метра до неколико стотина метара.
У овом чланку ћемо вам рећи о свим карактеристикама и значају Френсисове турбине.
Главне карактеристике
Ова врста турбине је способна да ради на неједнаким висинама у распону од неколико метара до стотина метара. На овај начин је дизајниран да може да ради у широком спектру глава и протока. Захваљујући високо ефикасном лепку који се гради и материјалима који се за њега користе, овај модел ће бити један од најчешће коришћених на свету. Његова главна употреба је на пољу производње електричне енергије у хидроелектранама.
Хидроелектрична енергија, као што знамо, је врста обновљиве енергије која користи воду у контејнерима за стварање електричне струје. Ове турбине је прилично тешко и скупо је дизајнирати за уградњу, али могу радити деценијама. То чини улагање у почетни трошак ове врсте турбина већим од осталих. Међутим, то се исплати јер се почетна инвестиција може повратити у првих неколико година. Као и код фотонапонске енергије у којој користимо соларне панеле са просечним корисним веком трајања од 25 година, уложена средства можемо повратити током 10-15 година употребе.
Францисова турбина има хидродинамички дизајн који Гарантује нам високе перформансе због чињенице да готово нема губитака воде. Изгледом су прилично робусни и имају ниске трошкове одржавања. Ово је једна од најповољнијих тачака ове врсте турбина, јер је одржавање ниже и оно што смањује опште трошкове. Уградња Францисове турбине са висинама већим од 800 метара уопште се не препоручује, јер постоји превише варијација гравитације. Такође није препоручљиво инсталирати ову врсту турбине на местима где постоје велике разлике у протоку.
Кавитација у Францисовој турбини
Кавитација је важан аспект који морамо стално контролисати. То је хидродинамички ефекат који се јавља када се унутар воде која пролази кроз турбине стварају парне шупљине. Као и код воде, може се јавити са било којом другом течношћу која је у течном стању и кроз коју је деловала на силе које одговарају на разлике у депресији. У овом случају се то дешава када течност великом брзином пролази кроз оштру ивицу и постоје декомпензације између течности и очувања Берноуллијеве константе.
Може се догодити да је притисак паре течности на такав начин да се молекули могу одмах променити. То је пара и ствара се велики број мехурића. Ови мехурићи су познати као шупљине. Отуда потиче концепт кавитације.
Сви ови мехурићи путовати у подручја одакле је већи притисак тамо где је мањи притисак. Током овог путовања, пара се изненада враћа у течно стање. То доводи до тога да мехурићи заврше дробљењем и фрустрирањем и производе гасни траг који производи велику количину енергије на чврстој површини и који може да пукне током судара.
Све ово или нас тера да морамо узети у обзир кавитацију у Францисовој турбини.
Францисови делови турбине
Ова врста турбина има различите делове и свака је задужена за гарантовање производње хидроелектричне енергије. Анализираћемо сваки од ових делова:
- Спирална комора: Део Францисове турбине одговоран је за равномерно распоређивање течности на улазу у радно коло. Ова спирална комора има облик пужа и то је због чињенице да просечна брзина течности мора остати константна у свакој њеној тачки. То је разлог зашто мора бити у облику спирале и пужа. Попречни пресек ове коморе може бити различитих врста. С једне стране, правоугаоне, а са друге кружне, кружне су најчешће.
- Предистрибутор: Део ове турбине састоји се од фиксних лопатица. Ове лопатице имају чисто структурну функцију. Они служе за одржавање структуре спиралне коморе коју смо горе поменули и дају јој довољну крутост да може да подржи целокупну хидродинамичку структуру и минимизира губитке воде.
- Дистрибутер: овај део је изграђен померањем водећих лопатица. Ови елементи морају погодно усмерити воду према императорима Арапима који су учвршћени. Поред тога, овај дистрибутер је одговоран за регулисање протока који је дозвољен при проласку кроз Францисову турбину. Тако се снага турбине може модификовати тако да мора бити што је могуће прилагођенија варијацијама оптерећења електричне мреже. У исто време, способан је да усмери проток течности како би побољшао перформансе машине.
- Радно коло или ротор: то је срце Францисове турбине. То је зато што је то место на коме се одвија размена енергије између целе машине. Енергија течности у тренутку проласка кроз радно коло је зброј кинетичке енергије, енергије коју притисак има и потенцијалне енергије у односу на висину. Турбина је одговорна за претварање ове енергије у електричну. Радно коло је одговорно за пренос ове енергије кроз осовину до електричног генератора где се врши ова коначна конверзија. Може имати различите облике у зависности од одређеног броја обртаја за које је машина намењена.
- Усисна цев: То је део где течност излази из турбине. Функција овог дела је да омогући континуитет течности и да поврати скок изгубљен у објектима који су изнад нивоа воде на излазу. Генерално, овај део је изграђен у облику дифузора тако да генерише усисни ефекат који помаже у обнављању дела енергије која није предата ротору.
Надам се да ћете са овим информацијама сазнати више о Францисовој турбини.