Francis Turbine: hüdroelektrijaamade omadused, osad ja töö

Üks elementidest, mida hüdroenergia tootmiseks kasutatakse kogu maailmas, on Francise turbiin. See on James B. Francise loodud turbomasin, mis töötab reaktsiooni ja segavoolu kaudu, kasutades energia tootmiseks vee liikumist. Francise turbiin on võimeline töötama laias kõrguse ja vooluhulga vahemikus, mistõttu on see mitmekülgne ja tõhus valik erinevatele hüdroelektrijaamadele, kuna see võib töötada kallakutel kahe meetri kuni mitmesaja meetrini.

Selles artiklis uurime üksikasjalikult Francise turbiini omadusi, osi ja tööd, samuti selle tähtsust hüdroelektrienergia tootmisel.

Francise turbiini peamised omadused

The Francis turbiinid Need paistavad silma oma suure võimekuse poolest töötada erinevatel kõrguste erinevustel, alates mõnest meetrist kuni enam kui 800 meetrini, kuigi nende optimaalne tõhusus on alla 800 meetri kõrgusel. Seda seetõttu, et suurematel kõrgustel võivad gravitatsiooni kõikumised selle jõudlust negatiivselt mõjutada.

Need turbiinid on loodud töötama erinevate vooluvahemikega, mis võimaldab neil kohaneda erinevate töötingimustega. Neid kasutatakse peamiselt hüdroelektrijaamad elektrienergia tootmiseks, kasutades ära vee potentsiaalset energiat. Kuigi nende esialgne projekteerimine, paigaldamine ja hooldus on kallid, muudavad nende pikaealisus, tõhusus ja madalad hoolduskulud tulusaks pikaajaliseks investeeringuks.

Francise turbiini konstruktsioon sisaldab hüdrodünaamilist süsteemi, mis tagab minimaalsed veekaod, mis tagab kõrge jõudluse. Lisaks vähendab selle tugev ja vastupidav struktuur hooldusvajadust, mis on oluline eelis teist tüüpi turbiinide ees. Tehnoloogia arenedes on välja töötatud uusi materjale, mis vähendavad veelgi hooldusvajadusi, võimaldades Francise turbiinidel püsida kulutõhusana mitu aastakümmet.

Üks Francise turbiini piiranguid on selle tundlikkus suurte voolumuutuste suhtes vett, mistõttu ei ole soovitatav seda paigaldada kohtadesse, kus vooluhulk võib drastiliselt erineda.

Kavitatsioon Francise turbiinis

Teine aspekt, mida Francise turbiinide projekteerimisel ja hooldamisel arvesse võtta, on kavitatsioon, hüdrodünaamiline nähtus, mis tekib siis, kui vedelikus tekivad õõnsused või aurumullid. See juhtub siis, kui vesi liigub suurel kiirusel üle turbiini teravate servade, põhjustades Bernoulli valemi järgi rõhu tasakaalustamatust.

Tekkinud mullid, tuntud kui auruõõnsused, liikuge madalaima rõhu piirkonnast kõrgeima rõhuni. Kui aur naaseb ootamatult vedelasse olekusse, vajuvad mullid kokku ja eraldavad energiat, mis võib kahjustada turbiini struktuuri, tekitades tahketele pindadele mikrolööke. See nähtus mitte ainult ei vähenda turbiini efektiivsust, vaid võib ka kiirendada selle komponentide kulumist.

Kavitatsioon on puudus, kuna see võib lühendada turbiini kasulikku eluiga, tekitades mikropragusid ja nähtavaid kahjustusi, eriti rootori läheduses. Selle probleemi leevendamiseks kasutatakse täiustatud materjale ja ennetava hoolduse tehnikaid, lisaks töötingimuste ammendavale kontrollile, et minimeerida seda nähtust põhjustavaid erinevusi.

Francise turbiini peamised osad

Francise turbiinil on erinevad osad, millest igaüks täidab teatud funktsiooni hüdroelektrienergia tootmise efektiivsuse maksimeerimiseks:

• Spiraalkamber: See kamber jaotab vedeliku ühtlaselt tiiviku suunas. Selle spiraalne või teokujuline kuju on oluline, kuna see tagab vedeliku kiiruse püsimise kõigis punktides ühtlasena. Tavaliselt on see ringikujuline, kuigi mõnel juhul võib see olla ka ristkülikukujuline.
• Eeljagaja: Moodustatud fikseeritud labadest, millel on süsteemi sees struktuurne funktsioon. Need elemendid tugevdavad spiraalkambrit ja vähendavad hüdraulilisi kadusid.
• Levitaja: See sektsioon koosneb liikuvatest juhtlabadest, mis juhivad vee voolu tiiviku suunas. Selle ülesanne on võimaldada voolul kohaneda elektrivõrgu koormuse kõikumisega, optimeerides kogu aeg jõudlust.
• Tööratas või rootor: See on turbiini süda, kus toimub energiavahetus. Tööratas muudab vee kineetilise, potentsiaalse ja rõhuenergia mehaaniliseks energiaks. Võlli kaudu kantakse see mehaaniline energia elektrigeneraatorisse, kus see lõpuks muudetakse elektrienergiaks.
• Imemistoru: See on turbiini vedeliku väljalaskeava. Selle difuusori kuju loob vaakumi, mis aitab taastada osa energiast, mida tiivikus täielikult ei kasutatud, aidates seega kaasa süsteemi üldise efektiivsuse parandamisele.

Francise turbiinide klassifikatsioon

Francis turbiine võib nende töökiiruse ja pea omaduste järgi klassifitseerida:

1. Aeglane Francise turbiin: Seda kasutatakse peamiselt kõrguste hüppamiseks, mis on üle 200 meetri.
2. Tavaline Francise turbiin: Mõeldud keskmisele kõrgusele, vahemikus 20–200 meetrit.
3. Kiire ja eriti kiire Francise turbiin: Sobib väikese kõrgusega hüpetele, alla 20 meetri. Need turbiinid sobivad ideaalselt suurte veevoolude ja madala kõrgusega.

Nende turbiinide konstruktsioon varieerub sõltuvalt pea omadustest ja igas paigaldises saadavast voolust. Energiatõhususe optimeerimiseks ja kasutuskulude vähendamiseks on oluline valida kõige sobivam turbiinitüüp.

Ülaltoodud teabe abil saate paremini mõista, kuidas Francise turbiinid töötavad, nende peamised omadused, osad ja piirangud. Seda tüüpi turbiin on mitmekülgne, tõhus ja vastupidav valik hüdroelektrienergia tootmiseks kogu maailmas.