Một trong những yếu tố được sử dụng nhiều nhất trên toàn cầu để sản xuất năng lượng thủy điện là Tuabin Francis. Nó là một cỗ máy turbo được phát triển bởi James B. Francis và hoạt động thông qua phản ứng và dòng chảy hỗn hợp. Chúng là những tuabin thủy lực có khả năng tạo ra một loạt các bước nhảy và tốc độ dòng chảy và hoạt động trên các độ dốc từ hai mét đến vài trăm mét.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cho bạn biết về tất cả các đặc điểm và tầm quan trọng của tuabin Francis.
Các tính năng chính
Loại tuabin này có khả năng hoạt động ở độ cao không đồng đều từ vài mét đến hàng trăm mét. Bằng cách này, nó được thiết kế để có thể hoạt động ở nhiều loại đầu và dòng chảy. Nhờ loại keo hiệu quả cao được chế tạo và các vật liệu được sử dụng cho nó, mô hình này sẽ là một trong những thiết bị được sử dụng nhiều nhất trên thế giới. Công dụng chính của nó là trong lĩnh vực phát điện trong các nhà máy thủy điện.
Năng lượng thủy điện, như chúng ta đã biết, là một dạng năng lượng tái tạo sử dụng nước trong các bình chứa để tạo ra dòng điện. Những tuabin này khá khó và tốn kém trong thiết kế để lắp đặt nhưng có thể hoạt động trong nhiều thập kỷ. Điều này khiến chi phí đầu tư ban đầu của loại tuabin này cao hơn các loại còn lại. Tuy nhiên, nó đáng giá vì khoản đầu tư ban đầu có khả năng thu hồi trong vài năm đầu. Đối với năng lượng quang điện trong đó chúng ta sử dụng các tấm pin mặt trời có tuổi thọ hữu ích trung bình là 25 năm, chúng ta có thể thu hồi vốn đầu tư trong thời gian sử dụng 10-15 năm.
Tuabin Francis có thiết kế thủy động lực học Nó đảm bảo cho chúng tôi một hiệu suất cao do thực tế là hầu như không có bất kỳ sự thất thoát nước nào. Chúng có vẻ ngoài khá mạnh mẽ và chi phí bảo trì thấp. Đây là một trong những điểm thuận lợi nhất của loại tuabin này vì bảo dưỡng thấp hơn và giảm chi phí chung. Việc lắp đặt một tuabin Francis có chiều cao lớn hơn 800 mét hoàn toàn không được khuyến khích vì có quá nhiều biến thể về trọng lực. Cũng không nên lắp đặt loại tuabin này ở những nơi có dòng chảy thay đổi lớn.
Tạo khoang trong tuabin Francis
Khe hở là một khía cạnh quan trọng mà chúng ta phải kiểm soát mọi lúc. Đó là một hiệu ứng thủy động lực học xảy ra khi các khoang hơi được tạo ra trong nước đi qua các tuabin. Giống như với nước, nó có thể xảy ra với bất kỳ chất lỏng nào khác ở trạng thái lỏng và qua đó nó tác động lên các lực phản ứng với sự khác biệt về độ trầm cảm. Trong trường hợp này, nó xảy ra khi chất lỏng đi với tốc độ cao qua một cạnh sắc và có sự bù trừ giữa chất lỏng và sự bảo toàn của hằng số Bernoulli.
Có thể xảy ra trường hợp áp suất hơi của chất lỏng theo cách mà các phân tử có thể thay đổi ngay lập tức nó đã ở dạng hơi và một số lượng lớn các bong bóng được hình thành. Những bong bóng này được gọi là sâu răng. Đây là nơi xuất phát khái niệm cavitation.
Tất cả những bong bóng này đi đến các khu vực từ nơi có áp suất cao hơn đến nơi có áp suất thấp hơn. Trong hành trình này, hơi đột ngột trở về trạng thái lỏng. Điều này làm cho các bong bóng cuối cùng bị nghiền nát và bực bội và tạo ra một vệt khí tạo ra một lượng lớn năng lượng trên bề mặt chất rắn và có thể bị nứt trong khi va chạm.
Tất cả những điều này đều khiến chúng tôi phải tính đến hiện tượng xâm thực trong tuabin Francis.
Bộ phận tuabin Francis
Loại tuabin này có các bộ phận khác nhau và mỗi bộ phận phụ trách đảm bảo sản xuất năng lượng thủy điện. Chúng tôi sẽ phân tích từng phần sau:
- Buồng xoắn ốc: Nó là bộ phận của tuabin Francis có nhiệm vụ phân phối đều chất lỏng ở đầu vào của bánh công tác. Buồng xoắn ốc này có hình dạng ốc sên và đó là do tốc độ trung bình của chất lỏng phải không đổi tại mỗi điểm của nó. Đây là lý do tại sao nó phải có hình dạng xoắn ốc và hình ốc sên. Tiết diện của buồng này có thể có nhiều loại khác nhau. Mặt khác, hình chữ nhật và mặt khác là hình tròn, hình tròn thường gặp nhất.
- Predistributor: Đó là phần của tuabin này được tạo thành từ các cánh quạt cố định. Những lưỡi dao này có một chức năng hoàn toàn là cấu trúc. Chúng dùng để duy trì cấu trúc của buồng xoắn ốc mà chúng ta đã đề cập ở trên và tạo cho nó đủ độ cứng để có thể nâng đỡ toàn bộ cấu trúc thủy động lực học và giảm thiểu thất thoát nước.
- Nhà phân phối: phần này được xây dựng bằng các cánh dẫn hướng di chuyển. Các phần tử này phải hướng nước thuận tiện về phía các rập cánh quạt đã được cố định. Ngoài ra, nhà phân phối này có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng cho phép khi đi qua tuabin Francis. Đây là cách công suất của tuabin có thể được điều chỉnh để nó phải được điều chỉnh càng nhiều càng tốt theo các biến đổi phụ tải của mạng điện. Đồng thời, nó có khả năng điều hướng dòng chảy của chất lỏng để nâng cao hiệu suất của máy.
- Cánh quạt hoặc rôto: nó là trái tim của tuabin Francis. Sở dĩ như vậy vì nó là nơi diễn ra quá trình trao đổi năng lượng giữa toàn bộ máy. Năng lượng của chất lỏng thông thường tại thời điểm nó đi qua bánh công tác là tổng của động năng, thế năng mà áp suất có và thế năng so với độ cao. Tuabin có nhiệm vụ chuyển năng lượng này thành năng lượng điện. Cánh quạt có nhiệm vụ truyền năng lượng này qua một trục đến máy phát điện, nơi thực hiện quá trình chuyển đổi cuối cùng này. Nó có thể có nhiều dạng khác nhau tùy thuộc vào số vòng quay cụ thể mà máy được thiết kế.
- Ống hút: Nó là phần mà chất lỏng đi ra khỏi tuabin. Chức năng của bộ phận này là cung cấp sự liên tục cho chất lỏng và phục hồi bước nhảy đã bị mất trong các cơ sở nằm trên mực nước đầu ra. Nhìn chung, bộ phận này được chế tạo dưới dạng bộ khuếch tán để nó tạo ra hiệu ứng hút giúp thu hồi một phần năng lượng chưa được chuyển đến cánh quạt.
Tôi hy vọng rằng với những thông tin này, bạn có thể tìm hiểu thêm về tuabin Francis.