Francis Turbine: Ciri, Bahagian dan Operasi dalam Loji Kuasa Hidroelektrik

Salah satu elemen yang paling banyak digunakan secara global untuk penjanaan tenaga hidroelektrik adalah Turbin Francis. Ia adalah mesin turbo yang dicipta oleh James B. Francis dan yang berfungsi melalui tindak balas dan aliran campuran, menggunakan pergerakan air untuk menjana tenaga. Turbin Francis mampu beroperasi dalam pelbagai ketinggian dan kadar aliran, yang menjadikannya pilihan yang serba boleh dan cekap untuk pelbagai loji hidroelektrik, kerana ia boleh beroperasi di cerun antara dua meter hingga beberapa ratus meter.

Dalam artikel ini kita akan mengkaji secara terperinci ciri, bahagian dan operasi turbin Francis, serta kepentingannya dalam penjanaan kuasa hidroelektrik.

Ciri-ciri utama turbin Francis

yang Turbin Francis Mereka menonjol kerana kapasiti hebat mereka untuk beroperasi pada perbezaan ketinggian yang berbeza, daripada hanya beberapa meter hingga lebih daripada 800 meter, walaupun kecekapan optimum mereka ditemui pada ketinggian kurang daripada 800 meter. Ini kerana, pada altitud yang lebih tinggi, variasi graviti boleh menjejaskan prestasinya secara negatif.

Turbin ini direka bentuk untuk berfungsi dengan pelbagai julat aliran, yang membolehkannya menyesuaikan diri dengan keadaan operasi yang berbeza. Mereka digunakan terutamanya dalam loji hidroelektrik untuk penjanaan elektrik, mengambil kesempatan daripada tenaga potensi air. Walaupun reka bentuk awal, pemasangan dan penyelenggaraannya mahal, umur panjang, kecekapan dan kos penyelenggaraan yang rendah menjadikannya pelaburan jangka panjang yang menguntungkan.

Reka bentuk turbin Francis termasuk sistem hidrodinamik yang memastikan kehilangan air yang minimum, yang menjamin prestasi tinggi. Tambahan pula, strukturnya yang teguh dan tahan mengurangkan keperluan untuk penyelenggaraan, yang merupakan kelebihan ketara berbanding jenis turbin lain. Dengan kemajuan teknologi, bahan baharu telah dibangunkan yang meminimumkan lagi keperluan penyelenggaraan, membolehkan turbin Francis kekal kos efektif selama beberapa dekad.

Salah satu batasan turbin Francis ialah kepekaan terhadap variasi aliran yang besar air, jadi tidak disyorkan untuk memasangnya di kawasan yang alirannya boleh berubah secara drastik.

Peronggaan di turbin Francis

Satu lagi aspek yang perlu diambil kira dalam reka bentuk dan penyelenggaraan turbin Francis ialah peronggaan, fenomena hidrodinamik yang berlaku apabila rongga atau gelembung wap terbentuk di dalam bendalir. Ini berlaku apabila air mengalir pada kelajuan tinggi di atas tepi tajam turbin, menyebabkan ketidakseimbangan tekanan mengikut formula Bernoulli.

Gelembung terbentuk, dikenali sebagai rongga wap, bergerak dari kawasan tekanan terendah ke tertinggi. Apabila wap tiba-tiba kembali ke keadaan cecair, gelembung runtuh dan membebaskan tenaga, yang boleh merosakkan struktur turbin dengan mewujudkan kesan mikro pada permukaan pepejal. Fenomena ini bukan sahaja mengurangkan kecekapan turbin, tetapi juga boleh mempercepatkan haus komponennya.

Peronggaan adalah satu kelemahan kerana ia boleh memendekkan hayat berguna turbin dengan menghasilkan retakan mikro dan kerosakan yang boleh dilihat, terutamanya di kawasan yang berhampiran dengan rotor. Untuk mengurangkan masalah ini, bahan termaju digunakan dan teknik penyelenggaraan pencegahan digunakan, sebagai tambahan kepada kawalan menyeluruh keadaan operasi, untuk meminimumkan variasi yang menyebabkan fenomena ini.

Bahagian utama turbin Francis

Turbin Francis mempunyai pelbagai bahagian, setiap satunya memenuhi fungsi tertentu untuk memaksimumkan kecekapan dalam penjanaan tenaga hidroelektrik:

• Ruang lingkaran: Ruang ini mengedarkan bendalir sama rata ke arah pendesak. Bentuk lingkaran atau siputnya adalah penting, kerana ia memastikan kelajuan bendalir kekal malar di semua titik. Ia biasanya berbentuk bulat dalam bahagian, walaupun ia juga boleh berbentuk segi empat tepat dalam beberapa kes.
• Predistributor: Dibentuk oleh bilah tetap yang mempunyai fungsi struktur dalam sistem. Unsur-unsur ini menguatkan ruang lingkaran dan meminimumkan kerugian hidraulik.
• Pengedar: Bahagian ini terdiri daripada ram pemandu bergerak, yang mengawal aliran air ke arah pendesak. Fungsinya adalah untuk membolehkan aliran menyesuaikan untuk memuatkan variasi dalam rangkaian elektrik, mengoptimumkan prestasi pada setiap masa.
• Pendesak atau pemutar: Ini adalah jantung turbin, di mana pertukaran tenaga berlaku. Pendesak menukarkan tenaga kinetik, potensi dan tekanan air kepada tenaga mekanikal. Melalui aci, tenaga mekanikal ini dipindahkan ke penjana elektrik, di mana ia akhirnya ditukar kepada elektrik.
• Tiub sedutan: Ini adalah salur keluar bendalir daripada turbin. Bentuk penyebarnya mencipta vakum yang membantu memulihkan sebahagian daripada tenaga yang tidak digunakan sepenuhnya dalam pendesak, sekali gus menyumbang kepada meningkatkan kecekapan keseluruhan sistem.

Klasifikasi turbin Francis

Turbin Francis boleh dikelaskan mengikut kelajuan operasi dan ciri kepala:

1. Turbin Francis perlahan: Ia digunakan terutamanya untuk ketinggian lompat tinggi, lebih daripada 200 meter.
2. Turbin Francis biasa: Ditunjukkan untuk ketinggian sederhana, antara 20 dan 200 meter.
3. Turbin Francis yang pantas dan lebih pantas: Sesuai untuk lompatan ketinggian kecil, di bawah 20 meter. Turbin ini sesuai untuk aliran air yang besar dan kepala rendah.

Reka bentuk turbin ini berbeza-beza bergantung kepada ciri-ciri kepala dan aliran yang terdapat dalam setiap pemasangan. Adalah penting untuk memilih jenis turbin yang paling sesuai untuk mengoptimumkan prestasi tenaga dan mengurangkan kos operasi.

Dengan maklumat di atas, anda akan dapat memahami dengan lebih baik cara turbin Francis berfungsi, ciri utama, bahagian dan batasannya. Turbin jenis ini adalah pilihan yang serba boleh, cekap dan tahan lama untuk penjanaan kuasa hidroelektrik di seluruh dunia.