หนึ่งในองค์ประกอบที่ใช้กันมากที่สุดในโลกสำหรับการผลิตพลังงานน้ำคือ กังหันฟรานซิส. เป็นเครื่องเทอร์โบที่พัฒนาโดย James B. Francis และทำงานผ่านปฏิกิริยาและการไหลแบบผสม เป็นกังหันไฮดรอลิกที่มีความสามารถในการกระโดดและอัตราการไหลที่หลากหลายและทำงานบนทางลาดตั้งแต่สองเมตรไปจนถึงหลายร้อยเมตร
ในบทความนี้เราจะบอกคุณเกี่ยวกับลักษณะและความสำคัญทั้งหมดของกังหันฟรานซิส
คุณสมบัติหลัก
กังหันชนิดนี้สามารถทำงานได้ในระดับความสูงที่ไม่สม่ำเสมอตั้งแต่หลายเมตรถึงหลายร้อยเมตร ด้วยวิธีนี้จึงได้รับการออกแบบมาเพื่อให้สามารถทำงานได้หลากหลายทั้งหัวและโฟลว์ ด้วยกาวประสิทธิภาพสูงที่สร้างขึ้นและวัสดุที่ใช้ทำให้รุ่นนี้เป็นหนึ่งในกาวที่มีการใช้งานมากที่สุดในโลก การใช้งานหลักคือในด้านการผลิตพลังงานไฟฟ้าในโรงไฟฟ้าพลังน้ำ
อย่างที่เราทราบกันดีว่าพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานหมุนเวียนประเภทหนึ่งที่ใช้น้ำในภาชนะบรรจุเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้า กังหันเหล่านี้ค่อนข้างยากและมีราคาแพงในการออกแบบเพื่อติดตั้ง แต่สามารถใช้งานได้นานหลายสิบปี ทำให้การลงทุนในต้นทุนเริ่มต้นของกังหันประเภทนี้สูงกว่าที่เหลือ อย่างไรก็ตามมันก็คุ้มค่าเนื่องจากการลงทุนครั้งแรกสามารถจ่ายได้ในสองสามปีแรก เช่นเดียวกับพลังงานโซลาร์เซลล์ที่เราใช้แผงโซลาร์เซลล์ที่มีอายุการใช้งานเฉลี่ย 25 ปีเราสามารถชดเชยการลงทุนได้ในช่วง 10-15 ปีของการใช้งาน
กังหันฟรานซิสมีการออกแบบทางอุทกพลศาสตร์ ทำให้เรามั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพที่สูงเนื่องจากแทบจะไม่มีการสูญเสียน้ำเลย มีลักษณะค่อนข้างแข็งแรงและมีค่าบำรุงรักษาต่ำ นี่เป็นหนึ่งในจุดที่ได้เปรียบที่สุดของกังหันประเภทนี้เนื่องจากการบำรุงรักษาต่ำกว่าและสิ่งที่ช่วยลดต้นทุนทั่วไป ไม่แนะนำให้ติดตั้งกังหันฟรานซิสที่มีความสูงมากกว่า 800 เมตรเลยเนื่องจากแรงโน้มถ่วงมีความผันแปรมากเกินไป ไม่แนะนำให้ติดตั้งกังหันชนิดนี้ในสถานที่ที่มีการไหลหลากหลายรูปแบบ
Cavitation ในกังหันฟรานซิส
Cavitation เป็นสิ่งสำคัญที่เราต้องควบคุมตลอดเวลา มันเป็นผลทางอุทกพลศาสตร์ที่เกิดขึ้น เมื่อเกิดโพรงไอน้ำภายในน้ำที่ไหลผ่านกังหัน เช่นเดียวกับน้ำอาจเกิดขึ้นได้กับของเหลวอื่น ๆ ที่อยู่ในสถานะของเหลวและโดยที่มันกระทำกับกองกำลังที่ตอบสนองต่อความแตกต่างของภาวะซึมเศร้า ในกรณีนี้จะเกิดขึ้นเมื่อของไหลเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงผ่านขอบคมและมีการสลายตัวระหว่างของเหลวและการอนุรักษ์ค่าคงที่เบอร์นูลลี
อาจเกิดขึ้นได้ที่ความดันไอของของเหลวอยู่ในลักษณะที่โมเลกุลสามารถเปลี่ยนแปลงได้ทันทีที่กลายเป็นไอและเกิดฟองอากาศจำนวนมาก ฟองอากาศเหล่านี้เรียกว่าฟันผุ นี่คือที่มาของแนวคิดของการเกิดโพรงอากาศ
ฟองอากาศทั้งหมดนี้ เดินทางไปยังบริเวณที่มีความดันสูงกว่าไปยังที่ที่มีแรงกดน้อยกว่า. ในระหว่างการเดินทางนี้ไอจะกลับสู่สถานะของเหลวอย่างกะทันหัน สิ่งนี้ทำให้ฟองสบู่บดขยี้และน่าหงุดหงิดและสร้างเส้นทางก๊าซที่ก่อให้เกิดพลังงานจำนวนมากบนพื้นผิวที่เป็นของแข็งและอาจแตกในระหว่างการชนกัน
ทั้งหมดนี้ทำให้เราต้องคำนึงถึงโพรงอากาศในกังหันฟรานซิส
ชิ้นส่วนกังหันฟรานซิส
กังหันประเภทนี้มีชิ้นส่วนที่แตกต่างกันและแต่ละชิ้นมีหน้าที่รับประกันการสร้างพลังงานจากพลังน้ำ เราจะวิเคราะห์แต่ละส่วนต่อไปนี้:
- ห้องเกลียว: เป็นส่วนหนึ่งของกังหันฟรานซิสที่มีหน้าที่กระจายของเหลวอย่างสม่ำเสมอที่ทางเข้าของใบพัด ห้องก้นหอยนี้มีรูปร่างคล้ายหอยทากและเป็นเพราะความเร็วเฉลี่ยของของเหลวจะต้องคงที่ในแต่ละจุดของมัน นี่คือเหตุผลว่าทำไมมันถึงต้องอยู่ในรูปของเกลียวและหอยทาก ภาพตัดขวางของห้องนี้สามารถมีได้หลายประเภท ในอีกด้านหนึ่งเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าและอีกด้านหนึ่งวงกลมจะเกิดขึ้นบ่อยที่สุด
- Predistributor: เป็นส่วนหนึ่งของกังหันที่ประกอบขึ้นจากใบมีดคงที่ ใบมีดเหล่านี้มีหน้าที่โครงสร้างล้วนๆ พวกเขาทำหน้าที่รักษาโครงสร้างของห้องเกลียวที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้นและให้ความแข็งแกร่งเพียงพอที่จะสามารถรองรับโครงสร้างอุทกพลศาสตร์ทั้งหมดและลดการสูญเสียน้ำให้น้อยที่สุด
- ผู้แทนจำหน่าย: ส่วนนี้สร้างขึ้นโดยการเคลื่อนย้ายใบพัด องค์ประกอบเหล่านี้จะต้องนำน้ำไปยังใบพัดชาวอาหรับที่ได้รับการแก้ไขอย่างสะดวก นอกจากนี้ผู้จัดจำหน่ายรายนี้มีหน้าที่ควบคุมการไหลที่ได้รับอนุญาตเมื่อผ่านกังหันฟรานซิส นี่คือวิธีที่สามารถปรับเปลี่ยนกำลังของกังหันเพื่อที่จะต้องปรับให้เข้ากับรูปแบบโหลดของเครือข่ายไฟฟ้าให้มากที่สุด ในขณะเดียวกันก็สามารถควบคุมการไหลของของเหลวเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่อง
- ใบพัดหรือโรเตอร์: มันคือหัวใจของกังหันฟรานซิส เนื่องจากเป็นสถานที่ที่มีการแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างเครื่องจักรทั้งหมด พลังงานของของเหลวโดยปกติในขณะที่ไหลผ่านใบพัดคือผลรวมของพลังงานจลน์พลังงานที่มีความดันและพลังงานศักย์เทียบกับความสูง กังหันมีหน้าที่แปลงพลังงานนี้เป็นพลังงานไฟฟ้า ใบพัดมีหน้าที่ส่งพลังงานนี้ผ่านเพลาไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีการแปลงขั้นสุดท้ายนี้ สามารถมีรูปแบบต่างๆได้ขึ้นอยู่กับจำนวนการปฏิวัติที่ออกแบบมาสำหรับเครื่อง
- ท่อดูด: เป็นส่วนที่ของเหลวออกมาจากกังหัน หน้าที่ของส่วนนี้คือให้ความต่อเนื่องกับของเหลวและกู้คืนการกระโดดที่เสียไปในสิ่งอำนวยความสะดวกที่อยู่เหนือระดับน้ำออก โดยทั่วไปชิ้นส่วนนี้ถูกสร้างขึ้นในรูปแบบของตัวกระจายสัญญาณเพื่อให้เกิดผลการดูดที่ช่วยในการกู้คืนพลังงานส่วนหนึ่งที่ไม่ได้ส่งไปยังโรเตอร์
ฉันหวังว่าข้อมูลนี้จะทำให้คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับกังหันฟรานซิสได้