Hidroelektrik enerji üretimi için küresel olarak en çok kullanılan unsurlardan biri, Francis türbini. James B. Francis tarafından geliştirilen, reaksiyon ve karışık akışla çalışan bir turbo makinedir. Geniş bir yelpazede sıçrama ve debi verebilen ve iki metreden birkaç yüz metreye kadar değişen eğimlerde çalışan hidrolik türbinlerdir.
Bu yazıda size Francis türbininin tüm özelliklerini ve önemini anlatacağız.
temel özellikleri
Bu türbin türü, birkaç metreden yüzlerce metreye kadar değişen yüksekliklerde çalışabilir. Bu sayede çok çeşitli kafa ve akışlarda çalışabilecek şekilde tasarlanmıştır. Yapılan yüksek verimli tutkal ve bunun için kullanılan malzemeler sayesinde bu model dünyada en çok kullanılan modellerden biri olacaktır. Ana kullanım alanı hidroelektrik santrallerinde elektrik enerjisi üretimi alanındadır.
Hidroelektrik enerji, bildiğimiz gibi, konteynerlerdeki suyu elektrik akımı üretmek için kullanan bir yenilenebilir enerji türüdür. Bu türbinlerin kurulumu oldukça zor ve pahalıdır, ancak onlarca yıl çalışabilir. Bu, bu tür türbinlerin başlangıç maliyetine yapılan yatırımı diğerlerinden daha yüksek hale getirir. Ancak, ilk yatırım ilk birkaç yılda kendini amorti edebildiği için buna değer. Ortalama kullanım ömrü 25 yıl olan güneş panelleri kullandığımız fotovoltaik enerjide olduğu gibi, yatırımı 10-15 yıllık kullanımda telafi edebiliriz.
Francis türbini, hidrodinamik bir tasarıma sahiptir. Neredeyse hiç su kaybı olmadığı için bize yüksek performansı garanti eder. Görünüşleri oldukça sağlamdır ve bakım maliyetleri düşüktür. Bakım süresinin daha düşük olması ve genel maliyetleri düşürmesi nedeniyle bu tür türbinlerin en avantajlı noktalarından biri budur. 800 metreden daha yüksek yüksekliklere sahip bir Francis türbininin kurulması, yerçekiminde çok fazla varyasyon olduğundan hiç tavsiye edilmez. Akışta büyük varyasyonların olduğu yerlere bu tür bir türbinin kurulması da tavsiye edilmez.
Francis türbininde kavitasyon
Kavitasyon, her zaman kontrol etmemiz gereken önemli bir husustur. Oluşan hidrodinamik bir etkidir türbinlerden geçen su içinde buhar boşlukları oluştuğunda. Suda olduğu gibi, sıvı haldeki ve aracılığıyla depresyondaki farklılıklara tepki veren kuvvetler üzerinde etki ettiği diğer herhangi bir sıvı ile meydana gelebilir. Bu durumda, sıvı keskin bir kenardan yüksek hızda geçtiğinde ve sıvılar ile Bernoulli sabitinin korunumu arasında dekompansasyon olduğunda meydana gelir.
Sıvının buhar basıncının, moleküllerin buhardan hemen değişebileceği ve çok sayıda kabarcık oluşacağı şekilde olabilir. Bu kabarcıklar boşluklar olarak bilinir. Kavitasyon kavramının geldiği yer burasıdır.
Bütün bu baloncuklar Daha yüksek basıncın olduğu bölgelerden daha az basıncın olduğu bölgelere seyahat edin. Bu yolculuk sırasında buhar aniden sıvı hale döner. Bu, kabarcıkların ezilmesine, sinir bozucu olmasına ve katı yüzeyde büyük miktarda enerji üreten ve çarpışma sırasında çatlayabilen bir gaz izi oluşturmasına neden olur.
Bütün bunlar ya Francis türbinindeki kavitasyonu hesaba katmamıza neden oluyor.
Francis türbin parçaları
Bu tür türbinlerin farklı parçaları vardır ve her biri hidroelektrik enerji üretimini garanti etmekten sorumludur. Bu parçaların her birini analiz edeceğiz:
- Spiral hazne: Pervanenin girişindeki sıvının eşit olarak dağıtılmasından sorumlu olan Francis türbininin parçasıdır. Bu spiral hazne salyangoz şeklindedir ve bunun nedeni sıvının ortalama hızının her noktasında sabit kalması gerektiğidir. Spiral ve salyangoz şeklinde olmasının nedeni budur. Bu odanın enine kesiti çeşitli tiplerde olabilir. Bir yandan dikdörtgen, diğer yandan dairesel, en sık daireseldir.
- Önceden dağıtıcı: Bu türbinin sabit kanatlardan oluşan kısmıdır. Bu bıçakların tamamen yapısal bir işlevi vardır. Yukarıda bahsettiğimiz spiral haznenin yapısını korumaya hizmet ederler ve tüm hidrodinamik yapıyı destekleyebilmek ve su kayıplarını en aza indirebilmek için ona yeterli sertlik verirler.
- Distribütör: bu kısım kılavuz kanatların hareket ettirilmesiyle oluşturulmuştur. Bu elemanlar, suyu uygun şekilde sabitlenmiş itici Araplara doğru yönlendirmelidir. Ek olarak, bu distribütör Francis türbininden geçerken izin verilen akışı düzenlemekten sorumludur. Bu, türbinin gücünün, elektrik şebekesinin yük varyasyonlarına mümkün olduğunca çok ayarlanması gerekecek şekilde değiştirilebilmesidir. Aynı zamanda makinenin performansını iyileştirmek için akışkanın akışını yönlendirebilmektedir.
- Çark veya rotor: Francis türbininin kalbidir. Bunun nedeni, tüm makine arasında enerji alışverişinin gerçekleştiği yer olmasıdır. Akışkanın normal olarak çarktan geçtiği andaki enerjisi, kinetik enerjinin, basıncın sahip olduğu enerjinin ve yüksekliğe göre potansiyel enerjinin toplamıdır. Türbin, bu enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesinden sorumludur. Pervane, bu enerjiyi bir şaft vasıtasıyla bu son dönüşümün gerçekleştirildiği bir elektrik jeneratörüne iletmekten sorumludur. Makinenin tasarlandığı belirli devir sayısına bağlı olarak çeşitli formlara sahip olabilir.
- Vakumlu tüp: Akışkanın türbinden çıktığı kısımdır. Bu bölümün işlevi, akışkanın sürekliliğini sağlamak ve çıkış suyu seviyesinin üzerindeki tesislerde kaybolan sıçramayı kurtarmaktır. Genel olarak, bu parça, rotora iletilmeyen enerjinin bir kısmının geri kazanılmasına yardımcı olan bir emme etkisi oluşturması için bir difüzör şeklinde yapılmıştır.
Umarım bu bilgilerle Francis türbini hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz.