Generator hydroelektryczny energii alternatywnej o mocy 500 kW z turbiną wodną Francisa w Uzbekistanie
Definicja turbiny Francisa to połączenie turbiny akcyjnej i reakcyjnej, w której łopatki obracają się, wykorzystując zarówno siłę reakcji, jak i impuls przepływającej przez nie wody, co pozwala na wydajniejszą produkcję energii elektrycznej. Turbina Francisa jest wykorzystywana do produkcji energii elektrycznej najczęściej w średnich i dużych elektrowniach wodnych.
Turbiny te mogą być stosowane do spadów od 2 metrów do 300 metrów. Dodatkowo, turbiny te są korzystne, ponieważ działają równie dobrze w pozycji poziomej, jak i pionowej. Woda przepływająca przez turbinę Francisa traci ciśnienie, ale utrzymuje mniej więcej tę samą prędkość, dlatego można ją uznać za turbinę reakcyjną.
Opis schematu głównych podzespołów każdej turbiny Francisa przedstawia się następująco.
Obudowa spiralna
Obudowa spiralna stanowi medium wlotowe wody do turbiny. Woda wypływająca ze zbiornika lub zapory przepływa przez tę rurę pod wysokim ciśnieniem. Łopatki turbin są ustawione kołowo, co oznacza, że woda uderzająca w łopatki turbiny powinna płynąć po osi koła, aby zapewnić wydajne pompowanie. Dlatego stosuje się obudowę spiralną, ale z powodu ruchu okrężnego wody traci ona ciśnienie.
Aby utrzymać stałe ciśnienie, średnica obudowy jest stopniowo zmniejszana, dzięki czemu łopatki wirnika uzyskują jednolity pęd lub prędkość.
Stay Vanes
Łopatki odciążające i kierujące kierują wodę do łopatek wirnika. Łopatki odciążające pozostają nieruchome w swoim położeniu i zmniejszają zawirowania wody spowodowane przepływem promieniowym, gdy wpływa ona do łopatek wirnika, zwiększając w ten sposób wydajność turbiny.
Łopatki kierujące
Łopatki kierujące nie są nieruchome, lecz zmieniają swój kąt nachylenia w zależności od potrzeb, aby kontrolować kąt padania wody na łopatki turbiny i zwiększyć wydajność. Regulują one również natężenie przepływu wody do łopatek wirnika, regulując w ten sposób moc wyjściową turbiny w zależności od jej obciążenia.
Runner Blades
Łopatki wirnikowe stanowią serce każdej turbiny Francisa. To w nich uderza ciecz, a siła styczna uderzenia powoduje obrót wału turbiny, generując moment obrotowy. Należy zwrócić szczególną uwagę na kąty nachylenia łopatek na wlocie i wylocie, ponieważ są to kluczowe parametry wpływające na wytwarzanie energii.
Łopatki wirnika składają się z dwóch części. Dolna połowa ma kształt małego wiadra i obraca turbinę, wykorzystując impulsowe działanie wody. Natomiast górna część łopatek wykorzystuje siłę reakcji przepływającej przez nią wody. Wirnik obraca się pod wpływem tych dwóch sił.
Rura ssąca
Ciśnienie na wylocie wirnika turbiny reakcyjnej jest zazwyczaj niższe od ciśnienia atmosferycznego. Woda na wylocie nie może być bezpośrednio odprowadzona do kanału odpływowego. Do odprowadzania wody z wylotu turbiny do kanału odpływowego stosuje się rurę lub przewód o stopniowo rosnącej średnicy.
Ta rura o rosnącej powierzchni nazywana jest rurą ssącą. Jeden jej koniec jest podłączony do wylotu kanału spustowego. Natomiast drugi koniec jest zanurzony poniżej poziomu wody w kanale wylotowym.
Zasada działania turbiny Francisa ze schematem
Turbiny Francisa są regularnie stosowane w elektrowniach wodnych. W tych elektrowniach woda pod wysokim ciśnieniem wpływa do turbiny przez ślimakową obudowę (spiralę). Ruch ten zmniejsza ciśnienie wody podczas jej przepływu przez rurę, jednak jej prędkość pozostaje niezmieniona. Po przejściu przez spiralę woda przepływa przez łopatki kierujące i jest kierowana w stronę łopatek wirnika pod optymalnymi kątami. Ponieważ woda przepływa przez precyzyjnie wygięte łopatki wirnika, jest ona nieco odchylana na boki. Powoduje to, że traci ona część swojego „wirowego” ruchu. Woda jest również odchylana w kierunku osiowym, aby wydostać się przez rurę ssącą do kanału wylotowego.
Wspomniana rura zmniejsza prędkość wyjściową wody, aby uzyskać maksymalną ilość energii z wody wejściowej. Proces przepływu wody przez łopatki wirnika powoduje powstanie siły, która napędza łopatki w przeciwnym kierunku, gdy woda jest odchylana. Ta siła reakcji (jak wiemy z trzeciej zasady dynamiki Newtona) powoduje, że moc jest przenoszona z wody na wał turbiny, kontynuując jej obrót. Ponieważ turbina porusza się pod wpływem tej siły reakcji, turbiny Francisa są określane jako turbiny reakcyjne. Proces zmiany kierunku przepływu wody zmniejsza również ciśnienie wewnątrz samej turbiny.
Zalety produktu
1. Kompleksowe możliwości przetwórcze. Takie jak: operatorzy CNC VTL 5M, wiertarki podłogowe CNC 130 i 150, piec do wyżarzania w stałej temperaturze, frezarka strugarko-frezarka, centrum obróbcze CNC itp.
2. Projektowana żywotność wynosi ponad 40 lat.
3. Firma Forster zapewnia jednorazowy bezpłatny serwis na miejscu, jeśli klient zakupi trzy urządzenia (o mocy ≥100 kW) w ciągu roku lub jeśli łączna liczba urządzeń przekroczy 5. Serwis na miejscu obejmuje inspekcję sprzętu, sprawdzenie nowego miejsca, instalację i szkolenie z zakresu konserwacji itp.
4. Akceptowane przez producentów OEM.
5. Obróbka CNC, testowanie wyważenia dynamicznego i wyżarzanie izotermiczne, badanie NDT.
6. Możliwości projektowania i prac badawczo-rozwojowych, 13 doświadczonych inżynierów z doświadczeniem w projektowaniu i badaniach.
7. Konsultant techniczny z firmy Forster pracował nad projektem turbiny wodnej, złożonym 50 lat temu i nagrodzonym specjalnym stypendium Rady Państwa Chin.
Film przedstawiający generator turbiny Francisa o mocy 500 kW
