Турбина Фрэнсиса и компоненты

Турбина Фрэнсиса представляет собой тип водяной турбины. Это реактивная турбина с внутренним потоком, сочетающая концепции радиального потока и осевого потока.Турбины Фрэнсиса являются наиболее часто используемыми турбинами сегодня с эффективностью более 95%. Процесс реализации современной конструкции колеса Фрэнсиса с 1848 по 1920 год. Он был известен примерно в 1920 году как турбина Фрэнсиса, названная в честь британско-американского инженера Джеймса Б. Фрэнсис, который создал новую конструкцию турбины в 1848 году. Турбины Фрэнсиса в основном используются для выработки электроэнергии. Выходная мощность генератора обычно колеблется от нескольких киловатт до 1000 мегаватт, хотя гидроэлектростанции меньшего размера могут иметь более низкую мощность.Максимальная производительность достигается при высоте напора от 100 до 300 м (330–980 футов). Диаметр стальных труб от 1 до 10 м (от 3,3 до 32,8 футов).Скорости различных турбинных агрегатов колеблются от 70 до 1000 об/мин. Направляющие лопатки на внешней стороне вращающегося рабочего колеса турбины контролируют скорость потока воды через турбину при различных уровнях выработки электроэнергии. Турбины Фрэнсиса обычно монтируются с вертикальным валом для изоляции. вода из генератора. Это также облегчает установку и обслуживание.

Разработка

Различные типы водяных колес использовались более 1000 лет для приведения в действие различных типов мельниц, но они относительно неэффективны.Повышение эффективности водяных турбин в 19 веке позволило им заменить почти все водяные колеса и конкурировать с паровыми двигателями везде, где была доступна гидроэнергия. После разработки электрических генераторов в конце 1800-х годов турбины стали естественным источником энергии для электрических генераторов. где существовали потенциальные гидроресурсы.В 1826 году французский инженер Бенуа Фурнейрон разработал высокоэффективную (80%) турбину с оттоком. Вода направляется по касательной через колесо турбины, заставляя его вращаться. Другой французский инженер, Жан-Виктор Понселе, сконструировал турбину с внутренним потоком около 1820 года, используя тот же принцип. SBHowd получил патент США на аналогичную конструкцию в 1838 году.В 1848 году Джеймс Б. Фрэнсис усовершенствовал эти конструкции, чтобы создать более эффективные турбины, работая главным инженером компании Locks and Canals Company на текстильной фабрике с водяным колесом в городе Лоуэлл, штат Массачусетс. Он использовал научные принципы и методы испытаний для разработки очень эффективных турбин. Что еще более важно, его математические и графические методы вычислений улучшили проектирование и проектирование турбин. Его аналитические методы позволяют проектировать высокоэффективные турбины, точно соответствующие расходу воды и давлению (напору) на месте.

Компоненты

Турбина Фрэнсиса состоит из следующих основных частей:

Спиральный кожух: Спиральный кожух вокруг турбинного колеса называется улиткой или улиткой. По всей своей длине он имеет ряд регулярно расположенных отверстий, позволяющих рабочей жидкости воздействовать на лопасти рабочего колеса. Эти отверстия преобразуют энергию давления рабочего колеса. жидкости в кинетическую энергию непосредственно перед тем, как жидкость попадает на лопасти. Это поддерживает постоянную скорость, поскольку площадь поперечного сечения корпуса равномерно уменьшается по окружности, несмотря на наличие множества отверстий для входа жидкости в лопасти.

Направляющие и фиксирующие лопатки: Основная функция направляющих и опорных лопаток заключается в преобразовании энергии давления жидкости в кинетическую энергию.Он также используется для направления потока на рабочие лопатки под проектным углом.

Отсасывающая труба: Отсасывающая труба представляет собой трубопровод, который соединяет выход рабочего колеса с отсасывающим каналом, где вода выходит из турбины. Его основная функция заключается в снижении скорости сбрасываемой воды для минимизации потерь кинетической энергии при выход. Это позволяет расположить турбину над нижним бьефом без значительного падения располагаемого напора.