Francis Turbine: Mga Katangian, Bahagi at Operasyon sa Hydroelectric Power Plants

Ang isa sa mga sangkap na pinaka ginagamit sa buong mundo para sa pagbuo ng enerhiya na hydroelectric ay ang Francis turbine. Ito ay isang turbomachine na nilikha ni James B. Francis at gumagana sa pamamagitan ng reaksyon at halo-halong daloy, gamit ang paggalaw ng tubig upang makabuo ng enerhiya. Ang Francis turbine ay may kakayahang gumana sa isang malawak na hanay ng mga altitude at mga rate ng daloy, na ginagawa itong isang maraming nalalaman at mahusay na opsyon para sa iba't ibang mga hydroelectric na halaman, dahil maaari itong gumana sa mga slope na mula sa dalawang metro hanggang ilang daang metro.

Sa artikulong ito susuriin natin nang detalyado ang mga tampok, bahagi at pagpapatakbo ng turbine ng Francis, pati na rin ang kahalagahan nito sa pagbuo ng hydroelectric power.

Pangunahing katangian ng Francis turbine

ang Francis turbines Namumukod-tangi sila para sa kanilang mahusay na kapasidad na gumana sa iba't ibang mga pagkakaiba sa taas, mula sa ilang metro lamang hanggang sa higit sa 800 metro, bagama't ang kanilang pinakamainam na kahusayan ay matatagpuan sa taas na wala pang 800 metro. Ito ay dahil, sa mas mataas na altitude, ang mga pagkakaiba-iba sa gravity ay maaaring negatibong makaapekto sa pagganap nito.

Ang mga turbine na ito ay idinisenyo upang gumana sa iba't ibang mga saklaw ng daloy, na nagpapahintulot sa kanila na umangkop sa iba't ibang mga kondisyon ng operating. Pangunahing ginagamit ang mga ito sa hydroelectric na mga halaman para sa pagbuo ng kuryente, sinasamantala ang potensyal na enerhiya ng tubig. Bagaman ang kanilang paunang disenyo, pag-install at pagpapanatili ay mahal, ang kanilang mahabang buhay, kahusayan at mababang gastos sa pagpapanatili ay ginagawa silang isang kumikitang pangmatagalang pamumuhunan.

Ang disenyo ng Francis turbine ay may kasamang hydrodynamic system na nagsisiguro kaunting pagkawala ng tubig, na ginagarantiyahan ang mataas na pagganap. Higit pa rito, ang matatag at lumalaban na istraktura nito ay binabawasan ang pangangailangan para sa pagpapanatili, na isang malaking kalamangan sa iba pang mga uri ng turbine. Habang umuunlad ang teknolohiya, nabuo ang mga bagong materyales na higit na nagpapaliit sa mga kinakailangan sa pagpapanatili, na nagpapahintulot sa mga turbin ng Francis na manatiling matipid sa loob ng ilang dekada.

Isa sa mga limitasyon ng Francis turbine ay ang pagiging sensitibo sa malalaking pagkakaiba-iba ng daloy ng tubig, kaya hindi inirerekomenda na i-install ito sa mga lugar kung saan ang daloy ay maaaring mag-iba nang husto.

Cavitation sa turbine ni Francis

Ang isa pang aspeto na dapat isaalang-alang sa disenyo at pagpapanatili ng Francis turbines ay ang cavitation, isang hydrodynamic phenomenon na nangyayari kapag nabubuo ang mga cavity o vapor bubble sa loob ng fluid. Nangyayari ito kapag dumaan ang tubig sa mataas na bilis sa matalim na gilid ng turbine, na nagdudulot ng mga imbalances ng presyon ayon sa formula ni Bernoulli.

Nabuo ang mga bula, na kilala bilang mga lukab ng singaw, maglakbay mula sa lugar na pinakamababa hanggang sa pinakamataas na presyon. Kapag biglang bumalik ang singaw sa likidong estado, ang mga bula ay bumagsak at naglalabas ng enerhiya, na maaaring makapinsala sa istraktura ng turbine sa pamamagitan ng paglikha ng mga microimpact sa mga solidong ibabaw. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay hindi lamang binabawasan ang kahusayan ng turbine, ngunit maaari ring mapabilis ang pagsusuot ng mga bahagi nito.

Ang cavitation ay isang disbentaha dahil maaari nitong paikliin ang kapaki-pakinabang na buhay ng turbine sa pamamagitan ng paggawa ng mga microcrack at nakikitang pinsala, lalo na sa mga lugar na malapit sa rotor. Upang pagaanin ang problemang ito, ginagamit ang mga advanced na materyales at ginagamit ang mga diskarte sa pagpigil sa pagpapanatili, bilang karagdagan sa kumpletong kontrol sa mga kondisyon ng operating, upang mabawasan ang mga pagkakaiba-iba na nagdudulot ng hindi pangkaraniwang bagay na ito.

Pangunahing bahagi ng Francis turbine

Ang Francis turbine ay may iba't ibang bahagi, bawat isa ay gumaganap ng isang partikular na function upang mapakinabangan ang kahusayan sa pagbuo ng hydroelectric energy:

• Kamara ng spiral: Ang silid na ito ay namamahagi ng likido nang pantay-pantay patungo sa impeller. Ang hugis ng spiral o snail nito ay mahalaga, dahil tinitiyak nito na ang bilis ng likido ay nananatiling pare-pareho sa lahat ng mga punto. Karaniwan itong pabilog sa seksyon, bagama't maaari rin itong hugis-parihaba sa ilang mga kaso.
• Predistributor: Binubuo ng mga nakapirming blades na may structural function sa loob ng system. Ang mga elementong ito ay nagpapatibay sa spiral chamber at pinapaliit ang pagkalugi ng haydroliko.
• Tagapamahagi: Ang seksyong ito ay binubuo ng mga gumagalaw na guide vane, na kumokontrol sa daloy ng tubig patungo sa impeller. Ang function nito ay payagan ang daloy na mag-adjust sa mga variation ng pag-load sa electrical network, na nag-o-optimize sa performance sa lahat ng oras.
• Impeller o rotor: Ito ang puso ng turbine, kung saan nagaganap ang pagpapalitan ng enerhiya. Ang impeller ay nagko-convert ng kinetic, potensyal at presyon ng enerhiya ng tubig sa mekanikal na enerhiya. Sa pamamagitan ng isang baras, ang mekanikal na enerhiya na ito ay inililipat sa isang de-koryenteng generator, kung saan sa wakas ito ay na-convert sa kuryente.
• Suction tube: Ito ang fluid outlet mula sa turbine. Ang hugis ng diffuser nito ay lumilikha ng vacuum na tumutulong sa pagbawi ng bahagi ng enerhiya na hindi ganap na ginamit sa impeller, kaya nag-aambag sa pagpapabuti ng pangkalahatang kahusayan ng system.

Pag-uuri ng Francis turbines

Ang mga turbine ng Francis ay maaaring maiuri ayon sa kanilang bilis ng pagpapatakbo at mga katangian ng ulo:

1. Mabagal na Francis turbine: Pangunahing ginagamit ito para sa mataas na taas ng paglukso, higit sa 200 metro.
2. Normal na Francis turbine: Ipinahiwatig para sa katamtamang taas, sa pagitan ng 20 at 200 metro.
3. Mabilis at napakabilis na Francis turbine: Angkop para sa maliit na taas na pagtalon, mas mababa sa 20 metro. Ang mga turbine na ito ay perpekto para sa malalaking daloy ng tubig at mababang ulo.

Ang disenyo ng mga turbine na ito ay nag-iiba depende sa mga katangian ng ulo at ang daloy na magagamit sa bawat pag-install. Mahalagang piliin ang pinakaangkop na uri ng turbine para ma-optimize ang performance ng enerhiya at mabawasan ang mga gastos sa pagpapatakbo.

Sa impormasyon sa itaas, mas mauunawaan mo kung paano gumagana ang mga turbine ng Francis, ang kanilang mga pangunahing katangian, bahagi at limitasyon. Ang ganitong uri ng turbine ay isang versatile, mahusay at matibay na opsyon para sa hydroelectric power generation sa buong mundo.