Ett av de element som används mest globalt för att generera vattenkraft är Francis turbin. Det är en turbomaskin som utvecklats av James B. Francis och som fungerar genom reaktion och blandat flöde. De är hydrauliska turbiner som kan ge ett brett spektrum av hopp och flödeshastigheter och körs i backar som sträcker sig från två meter till flera hundra meter.
I den här artikeln kommer vi att berätta om alla egenskaper och betydelsen av Francis-turbinen.
Huvudegenskaper
Denna typ av turbin kan arbeta i ojämna höjder från flera meter till hundratals meter. På detta sätt är den utformad för att kunna arbeta i ett stort antal huvud och flöden. Tack vare det högeffektiva limet som byggs och de material som används för det kommer den här modellen att vara en av de mest använda i världen. Dess huvudsakliga användning är inom elproduktion i vattenkraftverk.
Vattenkraft är, som vi vet, en typ av förnybar energi som använder vattnet i behållarna för att generera en elektrisk ström. Dessa turbiner är ganska svåra och dyra att konstruera att installera men kan fungera i årtionden. Detta gör investeringen i den initiala kostnaden för denna typ av turbiner högre än resten. Det är dock värt det eftersom den initiala investeringen kan återvinnas under de första åren. Som med solcellsenergi där vi använder solpaneler med en genomsnittlig livslängd på 25 år, kan vi återvinna investeringen under 10-15 års användning.
Francis-turbinen har en hydrodynamisk design som Det garanterar oss en hög prestanda på grund av att det knappast finns några vattenförluster. De är ganska robusta i utseende och har låga underhållskostnader. Detta är en av de mest fördelaktiga punkterna för denna typ av turbiner eftersom underhållet är lägre och det som minskar de allmänna kostnaderna. Installation av en Francis-turbin med höjder över 800 meter rekommenderas inte alls eftersom det finns för många variationer i gravitationen. Det är inte heller tillrådligt att installera denna typ av turbin på platser där det finns stora variationer i flöde.
Kavitation i Francis-turbinen
Kavitation är en viktig aspekt som vi alltid måste kontrollera. Det är en hydrodynamisk effekt som uppstår när ånghåligheter genereras i vattnet som passerar genom turbinerna. Som med vatten kan det förekomma med någon annan vätska som är i flytande tillstånd och genom vilken den verkar på krafter som svarar på skillnader i depression. I det här fallet händer det när vätskan passerar med hög hastighet genom en skarp kant och det finns dekompensationer mellan vätskorna och konserveringen av Bernoulli-konstanten.
Det kan hända att vätskans ångtryck är på ett sådant sätt att molekylerna kan förändras omedelbart om det har varit ånga och ett stort antal bubblor bildas. Dessa bubblor kallas håligheter. Det är här begreppet kavitation kommer ifrån.
Alla dessa bubblor resa till områden där det finns högre tryck till där det är mindre tryck. Under denna resa återgår ångan plötsligt till flytande tillstånd. Detta får bubblorna att krossas och frustrera och producera ett gasspår som producerar en stor mängd energi på den fasta ytan och som kan spricka under kollisionen.
Allt detta gör att vi antingen måste ta hänsyn till kavitation i Francis-turbinen.
Francis turbindelar
Denna typ av turbiner har olika delar och var och en ansvarar för att garantera alstringen av vattenkraft. Vi ska analysera var och en av dessa delar:
- Spiralkammare: Det är den del av Francis-turbinen som ansvarar för att jämnt fördela vätskan vid pumphjulets inlopp. Denna spiralkammare har en snigelform och det beror på det faktum att medelhastigheten för vätskan måste förbli konstant vid varje punkt i den. Detta är anledningen till att det måste vara i form av en spiral och en snigel. Tvärsnittet för denna kammare kan vara av olika slag. Å ena sidan, rektangulär och å andra sidan cirkulär, varvid cirkulären är den vanligaste.
- Fördelare: Det är den del av denna turbin som består av fasta blad. Dessa blad har en rent strukturell funktion. De tjänar till att upprätthålla strukturen i spiralkammaren som vi har nämnt ovan och ger den tillräcklig styvhet för att kunna stödja hela den hydrodynamiska strukturen och minimera vattenförluster.
- Distributör: denna del är byggd av rörliga ledskovlar. Dessa element måste bekvämt rikta vattnet mot pumphjulets araber som är fixerade. Dessutom är denna distributör ansvarig för att reglera det flöde som tillåts vid passering genom Francis-turbinen. Således kan turbinens effekt ändras så att den måste justeras så mycket som möjligt till belastningsvariationerna i det elektriska nätverket. Samtidigt kan den styra vätskeflödet för att förbättra maskinens prestanda.
- Pumphjul eller rotor: det är hjärtat i Francis-turbinen. Detta beror på att det är den plats där energiutbytet sker mellan hela maskinen. Vätskans energi normalt i det ögonblick den passerar genom pumphjulet är summan av den kinetiska energin, den energi som trycket har och den potentiella energin i förhållande till höjden. Turbinen ansvarar för att omvandla denna energi till elektrisk energi. Pumphjulet är ansvarigt för att överföra denna energi genom en axel till en elektrisk generator där denna slutliga omvandling utförs. Det kan ha olika former beroende på det specifika antalet varv som maskinen är designad för.
- Sugrör: Det är den del där vätskan kommer ut ur turbinen. Funktionen för denna del är att ge vätskan kontinuitet och återvinna hoppet som har gått förlorat i anläggningarna som ligger över utloppsvattennivån. I allmänhet är denna del byggd i form av en diffusor så att den genererar en sugeffekt som hjälper till att återvinna en del av den energi som inte har levererats till rotorn.
Jag hoppas att du med den här informationen kan lära dig mer om Francis-turbinen.