在全球範圍內，水力發電最常用的元素之一是 弗朗西斯渦輪。 這是由詹姆斯·B·弗朗西斯（James B. Francis）開發的渦輪機，通過反應和混合流工作。 它們是能夠提供廣泛的跳躍和流動的液壓渦輪機，並且在從兩米到幾百米的斜坡上運行。
在本文中，我們將向您介紹混流式水輪機的所有特性和重要性。
Característicasprincipales
這種類型的渦輪機能夠在幾米到幾百米的不均勻高度下運行。 通過這種方式，它被設計為能夠在各種揚程和流量下工作。 得益於所構建的高效膠水和使用的材料，該型號將成為世界上使用最頻繁的型號之一。 它的主要用途是在水力發電廠的發電領域。
我們知道，水力發電是一種可再生能源，利用容器中的水產生電流。 這些渦輪機安裝起來相當困難且設計昂貴，但是可以運行數十年。 這使得這種類型的渦輪機的初始投資成本要高於其他渦輪機。 但是，這是值得的，因為最初的投資能夠在最初的幾年中獲得回報。 與使用太陽能電池板（平均使用壽命為25年）的光伏能源一樣，我們可以在10到15年的使用期間收回投資。
弗朗西斯水輪機具有水動力設計， 由於幾乎沒有水分流失，因此它保證了我們的高性能。 它們的外觀相當堅固，維護成本低。 這是這種類型的渦輪機的最有利點之一，因為維護成本較低並且降低了總成本。 完全不建議安裝高度超過800米的弗朗西斯渦輪機，因為重力變化太多。 也不建議將這種類型的渦輪機安裝在流量變化較大的地方。
弗朗西斯渦輪機中的氣蝕
空化是我們必須始終控制的重要方面。 這是發生的水動力效應 當流經渦輪的水中產生蒸汽腔時。 像水一樣，它也可以與其他任何液態的液體一起發生，並通過液體作用於對凹陷差異做出反應的力。 在這種情況下，當流體高速通過鋒利的邊緣，並且在流體與伯努利常數的守恆之間存在失補償時，就會發生這種情況。
液體的蒸氣壓可能會發生這樣的變化，即分子已經變成蒸氣並且會形成大量氣泡，因此分子可以立即改變。 這些氣泡稱為腔。 這就是空化概念的來源。
所有這些氣泡 從壓力較高的地方到壓力較小的地方。 在此過程中，蒸氣突然返回液態。 這會導致氣泡最終破碎和變形，並產生一連串的氣體，這些氣體會在固體表面上產生大量能量，並且在撞擊過程中會破裂。
所有這些使我們不得不考慮混流式渦輪機中的氣穴現象。
弗朗西斯渦輪機零件
這種類型的渦輪機具有不同的部件，每個部件都負責保證水力發電。 我們將分析以下各個部分：
- 螺旋室： 這是弗朗西斯渦輪機的一部分，負責在葉輪入口處均勻分配流體。 該螺旋室具有蝸牛形狀，這是因為流體的平均速度必須在其每個點處保持恆定。 這就是為什麼它必須呈螺旋形和蝸牛形的原因。 該腔室的橫截面可以是各種類型。 一方面是矩形，另一方面是圓形，圓形是最常見的。
- 預發行人： 這是該渦輪機的一部分，由固定葉片組成。 這些葉片僅具有結構功能。 它們用於保持我們上面提到的螺旋腔室的結構，並賦予其足夠的剛度以能夠支撐整個流體力學結構並最大程度地減少水的損失。
- 發行人： 這部分是通過移動導向葉片來建造的。 這些元件必須方便地將水引向固定的葉輪阿拉伯人。 另外，該分配器負責調節通過弗朗西斯渦輪機時允許的流量。 這樣便可以修改渦輪機的功率，以便必須針對電網的負載變化進行盡可能多的調整。 同時，它能夠引導流體的流動，以改善機器的性能。
- 葉輪或轉子： 這是弗朗西斯渦輪機的心臟。 這是因為它是整個機器之間進行能量交換的地方。 通常，流體通過葉輪時的能量是動能，壓力所具有的能量和相對於高度的勢能之和。 渦輪負責將這種能量轉換為電能。 葉輪負責將這種能量通過軸傳輸到發電機，在發電機上進行最終轉換。 根據機器設計的特定轉數，它可以有多種形式。
- 吸管： 這是流體從渦輪機流出的部分。 該部分的功能是使流體連續並恢復在出口水位以上的設施中丟失的跳變。 通常，該部分以擴散器的形式構建，因此它會產生吸力效應，有助於回收尚未傳遞給轉子的部分能量。
我希望藉助這些信息，您可以了解有關弗朗西斯渦輪機的更多信息。