Alternatieve energiebron: hydro-elektrische generator van 500 kW met Francis-hydroturbine in Oezbekistan.
De Francis-turbine is een combinatie van een impuls- en een reactieturbine, waarbij de schoepen roteren door gebruik te maken van zowel de reactie- als de impulskracht van het water dat erdoorheen stroomt, waardoor efficiënter elektriciteit wordt opgewekt. Francis-turbines worden het meest gebruikt voor de elektriciteitsproductie in middelgrote en grote waterkrachtcentrales.
Deze turbines kunnen worden gebruikt voor valhoogtes van slechts 2 meter tot wel 300 meter. Bovendien zijn deze turbines voordelig omdat ze zowel horizontaal als verticaal even goed werken. Het water dat door een Francis-turbine stroomt, verliest druk, maar behoudt min of meer dezelfde snelheid, waardoor het een reactieturbine wordt genoemd.
De beschrijving van het diagram met de belangrijkste componenten van elke Francis-turbine is als volgt.
Spiraalvormige behuizing
De spiraalvormige buis is het inlaatkanaal voor het water naar de turbine. Het water dat uit het reservoir of de dam stroomt, wordt onder hoge druk door deze buis geperst. De turbinebladen zijn in een cirkel geplaatst, wat betekent dat het water dat de turbinebladen raakt, in een cirkelvormige as moet stromen voor een efficiënte werking. Daarom wordt de spiraalvormige buis gebruikt, maar door de cirkelvormige beweging van het water verliest deze zijn druk.
Om dezelfde druk te behouden, wordt de diameter van de behuizing geleidelijk verkleind, waardoor een uniforme impuls of snelheid op de schoepen van de rotor wordt uitgeoefend.
Blijf Vanes
De steun- en geleidingsschoepen leiden het water naar de rotorbladen. De steunschoepen blijven stationair op hun plaats en verminderen de werveling van het water als gevolg van de radiale stroming, wanneer het de rotorbladen binnenkomt, waardoor de turbine efficiënter wordt.
Geleidevleugels
Geleidingsschoepen staan niet stil, maar veranderen hun hoek naar behoefte om de inslaghoek van het water op de turbinebladen te regelen en zo het rendement te verhogen. Ze regelen ook de waterstroom naar de rotorbladen en daarmee het vermogen van de turbine, afhankelijk van de belasting.
Runnerbladen
De schoepen van de loopwielen vormen het hart van elke Francis-turbine. Dit zijn de centra waar de vloeistof de schoepen raakt en de tangentiële kracht van deze impact de turbine-as in beweging zet, waardoor koppel ontstaat. Nauwlettende aandacht voor het ontwerp van de schoephoeken bij de inlaat en uitlaat is noodzakelijk, aangezien dit belangrijke parameters zijn die de energieproductie beïnvloeden.
De schoepen van de turbine bestaan uit twee delen. De onderste helft heeft de vorm van een kleine kom en maakt gebruik van de impuls van het water om de turbine te laten draaien. Het bovenste deel van de schoepen maakt gebruik van de reactiekracht van het stromende water. Door deze twee krachten draait de turbine.
Trekbuis
De druk aan de uitgang van de rotor van de reactieturbine is over het algemeen lager dan de atmosferische druk. Het water aan de uitgang kan niet direct in het afvoerkanaal worden geloosd. Een buis of pijp met een geleidelijk toenemende doorsnede wordt gebruikt om het water van de turbine-uitgang naar het afvoerkanaal af te voeren.
Deze buis met een toenemend oppervlak wordt de zuigbuis genoemd. Het ene uiteinde van de buis is verbonden met de uitlaat van de rotor. Het andere uiteinde bevindt zich echter onder water in het afvoerkanaal.
Werkingsprincipe van een Francis-turbine met diagram
Francis-turbines worden regelmatig gebruikt in waterkrachtcentrales. In deze centrales stroomt water onder hoge druk de turbine binnen via de spiraalvormige behuizing (de voluut). Door deze beweging neemt de waterdruk af terwijl het water door de buis krult; de snelheid van het water blijft echter constant. Na het passeren van de voluut stroomt het water door de geleideschoepen en wordt het onder optimale hoeken naar de schoepen van de rotor geleid. Doordat het water de nauwkeurig gebogen schoepen van de rotor passeert, wordt het water enigszins zijwaarts afgebogen. Hierdoor verliest het water een deel van zijn wervelende beweging. Het water wordt ook in axiale richting afgebogen om via een aanzuigbuis naar het afvoerkanaal te stromen.
De genoemde buis verlaagt de uitstroomsnelheid van het water om de maximale hoeveelheid energie uit het instromende water te halen. Het proces waarbij het water door de schoepen van de turbine wordt geleid, resulteert in een kracht die de schoepen naar de tegenoverliggende kant duwt. Deze reactiekracht (zoals we weten uit de derde wet van Newton) zorgt ervoor dat de energie van het water naar de turbine-as wordt overgebracht, waardoor de turbine blijft draaien. Omdat de turbine door deze reactiekracht beweegt, worden Francis-turbines reactieturbines genoemd. Het veranderen van de stroomrichting van het water verlaagt ook de druk in de turbine zelf.
Productvoordelen
1. Uitgebreide verwerkingscapaciteit. Zoals een 5M CNC VTL-machine, 130 & 150 CNC-vloerboormachines, een gloeioven met constante temperatuur, een schaaffreesmachine, een CNC-bewerkingscentrum, enz.
2. De verwachte levensduur is meer dan 40 jaar.
3. Forster biedt eenmalig gratis service op locatie aan als de klant binnen een jaar drie units (capaciteit ≥100 kW) aanschaft, of als het totale aantal meer dan vijf units bedraagt. De service op locatie omvat inspectie van de apparatuur, controle van de nieuwe locatie, installatie- en onderhoudstraining, enz.
4. OEM-bestellingen worden geaccepteerd.
5. CNC-bewerking, dynamische balanstest en isothermische gloeibehandeling, NDT-test.
6. Ontwerp- en R&D-capaciteiten: 13 senior ingenieurs met ervaring in ontwerp en onderzoek.
7. De technisch adviseur van Forster werkte 50 jaar in de sector van de waterturbines en ontving hiervoor een speciale toelage van de Chinese Staatsraad.
Video van een Francis-turbinegenerator van 500 kW
