在全球范围内，水力发电最常用的元素之一是 弗朗西斯涡轮。 这是由詹姆斯·B·弗朗西斯（James B. Francis）开发的涡轮机，通过反应和混合流工作。 它们是能够提供广泛的跳跃和流量范围的液压涡轮机，并且在从两米到几百米的斜坡上运行。
在本文中，我们将向您介绍混流式水轮机的所有特性和重要性。
主要特点
这种类型的涡轮机能够在几米到几百米的不均匀高度下运行。 通过这种方式，它被设计为能够在各种扬程和流量下工作。 得益于所构建的高效胶水和使用的材料，该型号将成为世界上使用最频繁的型号之一。 它的主要用途是在水力发电厂的发电领域。
我们知道，水力发电是一种可再生能源，利用容器中的水产生电流。 这些涡轮机安装起来相当困难且设计昂贵，但是可以运行数十年。 这使得这种类型的涡轮机的初始投资成本要高于其他涡轮机。 但是，这是值得的，因为最初的投资能够在最初的几年中获得回报。 与使用太阳能电池板（平均使用寿命为25年）的光伏能源一样，我们可以在10到15年的使用期间收回投资。
弗朗西斯水轮机具有水动力设计， 由于几乎没有水分流失，因此它保证了我们的高性能。 它们的外观相当坚固，维护成本低。 这是这种类型的涡轮机的最有利点之一，因为维护成本较低并且降低了总成本。 完全不建议安装高度超过800米的弗朗西斯涡轮机，因为重力变化太多。 也不建议将这种类型的涡轮机安装在流量变化较大的地方。
弗朗西斯涡轮机中的气蚀
空化是我们必须始终控制的重要方面。 这是发生的水动力效应 当流经涡轮的水中产生蒸汽腔时。 像水一样，它也可以与其他任何液态的液体一起发生，并通过它作用于对凹陷差异做出反应的力。 在这种情况下，当流体高速通过锋利的边缘并且在流体与伯努利常数的守恒之间存在失补偿时，就会发生这种情况。
液体的蒸气压可能会发生这样的变化，即分子已经变成蒸气并立即形成大量气泡，因此分子可以立即改变。 这些气泡称为腔。 这就是空化概念的来源。
所有这些气泡 从压力较高的地方到压力较小的地方。 在此过程中，蒸气突然返回液态。 这会导致气泡最终破碎和阻止并产生一连串的气体，这些气体会在固体表面上产生大量能量，并且在撞击过程中会破裂。
所有这些使我们不得不考虑混流式涡轮机中的气穴现象。
弗朗西斯涡轮机零件
这种类型的涡轮机具有不同的部件，每个部件都负责保证水力发电。 我们将分析以下各个部分：
- 螺旋室： 这是弗朗西斯涡轮机的一部分，负责在叶轮入口处均匀分配流体。 该螺旋室具有蜗牛形状，这是因为流体的平均速度必须在其每个点处保持恒定。 这就是为什么它必须呈螺旋形和蜗牛形的原因。 该腔室的横截面可以是各种类型。 一方面是矩形，另一方面是圆形，圆形是最常见的。
- 预发行人： 这是该涡轮机的一部分，由固定叶片组成。 这些叶片仅具有结构功能。 它们用于保持我们上面提到的螺旋腔室的结构，并赋予其足够的刚度以能够支撑整个流体力学结构并最大程度地减少水的损失。
- 发行人： 这部分是通过移动导向叶片来建造的。 这些元件必须方便地将水引向固定的叶轮阿拉伯人。 另外，该分配器负责调节通过弗朗西斯涡轮机时允许的流量。 这样便可以修改涡轮机的功率，以便必须针对电网的负载变化进行尽可能多的调整。 同时，它能够引导流体的流动，以改善机器的性能。
- 叶轮或转子： 这是弗朗西斯涡轮机的心脏。 这是因为它是整个机器之间进行能量交换的地方。 通常，流体通过叶轮时的能量是动能，压力所具有的能量和相对于高度的势能之和。 涡轮负责将这种能量转换为电能。 叶轮负责将这种能量通过轴传输到发电机，在发电机上进行最终转换。 根据机器设计的特定转数，它可以有多种形式。
- 吸管： 这是流体从涡轮机流出的部分。 该部分的功能是使流体连续并恢复在出口水位以上的设施中丢失的跳变。 通常，这部分以扩散器的形式构建，因此它会产生吸力效应，有助于回收尚未传递到转子的部分能量。
我希望借助这些信息，您可以了解有关弗朗西斯涡轮机的更多信息。