우즈베키스탄의 대체 에너지 수력 발전기 500KW 프랜시스 수력 터빈 발전기

프랜시스 터빈은 충격 터빈과 반동 터빈의 조합으로, 날개가 회전하면서 물의 반작용력과 충격력을 모두 이용하여 전기를 더욱 효율적으로 생산합니다. 프랜시스 터빈은 중대형 수력 발전소에서 가장 많이 사용되는 발전 방식입니다.
이 터빈은 최저 2미터에서 최고 300미터까지 수두에 사용할 수 있습니다. 또한, 이 터빈은 수평으로 설치했을 때와 수직으로 설치했을 때 모두 잘 작동하기 때문에 유용합니다. 프랜시스 터빈을 통과하는 물은 압력은 감소하지만 속도는 거의 동일하므로 반작용 터빈으로 간주됩니다.

각 프랜시스 터빈의 주요 구성 요소 다이어그램에 대한 설명은 다음과 같습니다.

나선형 케이싱
나선형 케이싱은 터빈으로 물이 유입되는 통로입니다. 저수지나 댐에서 흘러나오는 물은 이 파이프를 통해 고압으로 흐르게 됩니다. 터빈의 날개는 원형으로 배치되어 있어, 터빈 날개에 부딪히는 물은 효율적인 충돌을 위해 원형 축을 따라 흘러야 합니다. 따라서 나선형 케이싱을 사용하지만, 물의 원형 운동으로 인해 케이싱의 압력이 손실됩니다.
동일한 압력을 유지하기 위해 케이싱의 직경이 점차 줄어들어 러너 블레이드에 균일한 운동량이나 속도가 적용됩니다.

스테이 베인
스테이 베인과 가이드 베인은 물을 러너 블레이드로 유도합니다. 스테이 베인은 제자리에 고정되어 있으며, 러너 블레이드로 유입되는 방사형 흐름으로 인한 물의 소용돌이를 줄여 터빈의 효율을 높입니다.

가이드 베인
가이드 베인은 고정되어 있지 않으며, 필요에 따라 각도를 변경하여 터빈 블레이드에 물이 닿는 각도를 조절하여 효율을 높입니다. 또한 러너 블레이드로 유입되는 물의 유량을 조절하여 터빈 부하에 따라 터빈의 출력을 제어합니다.

러너 블레이드
러너 블레이드는 프랜시스 터빈의 핵심입니다. 유체가 충돌하는 중심점이며, 충돌 시 접선 방향으로 작용하는 힘이 터빈 축을 회전시켜 토크를 생성합니다. 입구와 출구의 블레이드 각도는 전력 생산에 영향을 미치는 주요 요소이므로 설계에 세심한 주의를 기울여야 합니다.
러너 블레이드는 두 부분으로 구성되어 있습니다. 아래쪽 절반은 물의 충격 작용을 이용하여 터빈을 회전시키는 작은 양동이 모양으로 되어 있습니다. 반면 블레이드 위쪽 절반은 그 사이를 흐르는 물의 반작용을 이용합니다. 러너는 이 두 힘으로 회전합니다.

드래프트 튜브
반응 터빈 러너 출구의 압력은 일반적으로 대기압보다 낮습니다. 출구의 물은 테일레이스로 직접 배출될 수 없습니다. 터빈 출구에서 테일레이스로 물을 배출하기 위해 점차 면적이 넓어지는 튜브나 파이프가 사용됩니다.
이 증가하는 면적의 관을 드래프트 튜브라고 합니다. 튜브의 한쪽 끝은 러너의 출구에 연결되어 있지만, 다른 쪽 끝은 테일 레이스의 수위보다 아래에 잠겨 있습니다.