Francisova turbina: karakteristike, dijelovi i način rada u hidroelektranama

  • Francisova turbina jedna je od najčešće korištenih u proizvodnji hidroelektrične energije.
  • Djeluje u širokom rasponu nadmorske visine i protoka, s visokom učinkovitošću na visinama manjim od 800 metara.
  • Kavitacija je jedan od glavnih izazova u njegovom održavanju zbog habanja koje može uzrokovati.
  • Njegov robustan i izdržljiv dizajn nadoknađuje početno ulaganje desetljećima učinkovitog rada.

Francisova turbina

Jedan od elemenata koji se globalno najviše koristi za proizvodnju hidroelektrične energije je Francisova turbina. To je turbostroj koji je stvorio James B. Francis i koji radi kroz reakciju i mješoviti protok, koristeći kretanje vode za stvaranje energije. Francisova turbina sposobna je raditi u širokom rasponu nadmorskih visina i brzina protoka, što je čini svestranom i učinkovitom opcijom za razne hidroelektrane, budući da može raditi na nagibima u rasponu od dva metra do nekoliko stotina metara.

U ovom ćemo članku detaljno ispitati značajke, dijelove i rad Francisove turbine, kao i njezinu važnost u proizvodnji hidroelektrične energije.

Glavne karakteristike Francisove turbine

Francisovi dijelovi turbine

Las Franje turbine Ističu se velikom sposobnošću rada na različitim visinskim razlikama, od svega nekoliko metara do više od 800 metara, iako se njihova optimalna učinkovitost nalazi na visinama manjim od 800 metara. To je zato što, na većim visinama, varijacije u gravitaciji mogu negativno utjecati na njegovu izvedbu.

Ove turbine su dizajnirane za rad s različitim rasponima protoka, što im omogućuje prilagodbu različitim uvjetima rada. Uglavnom se koriste u hidroelektrane za proizvodnju električne energije, iskorištavajući potencijalnu energiju vode. Iako su njihov početni dizajn, ugradnja i održavanje skupi, njihova dugovječnost, učinkovitost i niski troškovi održavanja čine ih isplativim dugoročnim ulaganjem.

Dizajn Francisove turbine uključuje hidrodinamički sustav koji osigurava minimalni gubici vode, što jamči visoke performanse. Nadalje, njegova robusna i otporna struktura smanjuje potrebu za održavanjem, što je značajna prednost u odnosu na druge vrste turbina. Kako tehnologija napreduje, razvijeni su novi materijali koji dodatno smanjuju zahtjeve održavanja, omogućujući Francisovim turbinama da ostanu isplative nekoliko desetljeća.

Jedno od ograničenja Francisove turbine je njezino osjetljivost na velike varijacije protoka vode, stoga se ne preporučuje ugradnja u područjima gdje protok može drastično varirati.

Kavitacija u Francisovoj turbini

Proizvodnja hidroelektrične energije

Još jedan aspekt koji treba uzeti u obzir pri projektiranju i održavanju Francisovih turbina je kavitacija, hidrodinamički fenomen koji se javlja kada se unutar tekućine stvaraju šupljine ili mjehurići pare. To se događa kada voda velikom brzinom prolazi preko oštrih rubova turbine, uzrokujući neravnotežu tlaka prema Bernoullijevoj formuli.

Nastali su mjehurići, poznati kao parne šupljineputuju od područja najnižeg do najvišeg tlaka. Kada se para iznenada vrati u tekuće stanje, mjehurići kolabiraju i oslobađaju energiju, što može oštetiti strukturu turbine stvaranjem mikroudara na čvrstim površinama. Ova pojava ne samo da smanjuje učinkovitost turbine, već također može ubrzati trošenje njezinih komponenti.

Kavitacija je nedostatak jer može skratiti vijek trajanja turbine stvaranjem mikropukotina i vidljivih oštećenja, posebno u područjima blizu rotora. Kako bi se ublažio ovaj problem, koriste se napredni materijali i koriste se tehnike preventivnog održavanja, uz iscrpnu kontrolu radnih uvjeta, kako bi se smanjile varijacije koje uzrokuju ovaj fenomen.

Glavni dijelovi Francisove turbine

Karakteristike Francisove turbine

Francisova turbina ima različite dijelove, od kojih svaki ispunjava određenu funkciju kako bi se povećala učinkovitost u proizvodnji hidroelektrične energije:

  • Spiralna komora: Ova komora ravnomjerno raspoređuje tekućinu prema impeleru. Njegov spiralni ili pužni oblik je bitan, jer osigurava da brzina tekućine ostaje konstantna u svim točkama. Obično je kružnog presjeka, iako u nekim slučajevima može biti i pravokutnog.
  • Predistributer: Formiran od fiksnih lopatica koje imaju strukturnu funkciju unutar sustava. Ovi elementi ojačavaju spiralnu komoru i minimiziraju hidrauličke gubitke.
  • Distributer: Ovaj dio sastoji se od pokretnih vodećih lopatica koje kontroliraju protok vode prema impeleru. Njegova funkcija je dopustiti protoku da se prilagodi varijacijama opterećenja u električnoj mreži, optimizirajući rad u svakom trenutku.
  • Radno kolo ili rotor: Ovo je srce turbine, gdje se odvija izmjena energije. Impeler pretvara kinetičku, potencijalnu i tlačnu energiju vode u mehaničku energiju. Preko osovine se ta mehanička energija prenosi u električni generator, gdje se konačno pretvara u električnu energiju.
  • Usisna cijev: Ovo je izlaz tekućine iz turbine. Njegov oblik difuzora stvara vakuum koji pomaže vratiti dio energije koja nije u potpunosti iskorištena u impeleru, čime se pridonosi poboljšanju ukupne učinkovitosti sustava.

Klasifikacija Francisovih turbina

Karakteristike i rad Francisove turbine

Francisove turbine mogu se klasificirati prema njihovoj radnoj brzini i karakteristikama visine:

  1. Spora Francisova turbina: Uglavnom se koristi za visoke skokove u visine, veće od 200 metara.
  2. Normalna Francisova turbina: Namijenjen za srednje visine, između 20 i 200 metara.
  3. Brza i ekstra brza Francisova turbina: Pogodan za male skokove u visinu, ispod 20 metara. Ove turbine su idealne za velike protoke vode i nizak pad.

Dizajn ovih turbina varira ovisno o karakteristikama visine i protoka koji je dostupan u svakoj instalaciji. Neophodno je odabrati najprikladniju vrstu turbine za optimizaciju energetske učinkovitosti i smanjenje troškova rada.

Uz gore navedene informacije moći ćete bolje razumjeti kako Francisove turbine rade, njihove glavne karakteristike, dijelove i ograničenja. Ova vrsta turbine je svestrana, učinkovita i izdržljiva opcija za proizvodnju hidroelektrične energije diljem svijeta.


Ostavite svoj komentar

Vaša email adresa neće biti objavljen. Obavezna polja su označena s *

*

*

  1. Za podatke odgovoran: Miguel Ángel Gatón
  2. Svrha podataka: Kontrola neželjene pošte, upravljanje komentarima.
  3. Legitimacija: Vaš pristanak
  4. Komunikacija podataka: Podaci se neće dostavljati trećim stranama, osim po zakonskoj obvezi.
  5. Pohrana podataka: Baza podataka koju hostira Occentus Networks (EU)
  6. Prava: U bilo kojem trenutku možete ograničiti, oporaviti i izbrisati svoje podatke.