Francis-turbiini
Francis-turbiini on hyvin yleisesti sovellettavissa vettä turbiinin nimetty insinööri James B. Francis päässä USA , jossa juoksupyörä on virrannut säteittäisesti ulkopuolelta.
historia
Francis-turbiini on Fourneyron-turbiinin jatkokehitys . Tällä turbiinilla oli se haitta, että vesi pyöri siipipyörän sisällä sijaitsevasta hännän yksiköstä roottoriin siirtyessä , joten optimaalista hyötysuhdetta ei voitu saavuttaa. Ensimmäinen ehdotus vastakkaiseen suuntaan eli ulkopuolelta sisäänpäin suuntautuvan turbiinin rakentamiseen tuli Jean-Victor Ponceletilta vuonna 1826. Hän oli aikaisemmin parantanut alapuolisen vesipyörän toimittamalla siihen kaarevat terät. Poncelet ehdotti vesipyörän asettamista toiselle puolelle, jotta vesi pääsee tasaisesti pyörän keskiosan läpi sen sijaan, että hänen tarvitsisi muuttaa virtaussuuntaa lapiosta poistumiseksi. Vuonna 1838 amerikkalainen Samuel B.Howd sai patentin "parannetulle vesipyörälle", joka oli järjestetty makaamaan akseliin ja virtaamaan ulkopuolelta sisälle. Noin vuonna 1849 James B. Francis paransi Howdin suunnittelua ja kehitti tekniikkaa edelleen suorittamalla yksityiskohtaisia testejä turbiinille, julkaisemalla tulokset ja muotoilemalla juoksupyörän suunnittelua koskevia sääntöjä.
Toimintaperiaate
Tänään Francis-turbiinit on enimmäkseen suunniteltu spiraaliturbiiniksi . Sisäänvirranneen vesi jakautuu kierteinen kotelo , kierre , ylimääräisiä pyörre ja tasaisesti kehän ympäri turbiinin ennen kuin se menee ohjaussiipirengas. Turbiineja, joissa ei ole tätä spiraalikoteloa, kutsutaan akseliturbiiniksi . Ne ovat vähemmän tehokkaita kuin spiraaliturbiinit, ja niitä käytetään nykyään vain pienissä vesivoimalaitoksissa, joissa on matala pää.
Francis-turbiinien vesi tulee juoksupyörään tangentiaalisesti ja jättää sen aksiaalisesti. Ohjaussiipirengas säädettävällä ohjaussiipien säätelee veden virtauksen vastakkain kaareva juoksupyörän siipien, joka ohjaa sen suuntaan roottorin akselin. Jälkeen virtaa läpi juoksupyörän, vesi ohjataan läpi imuputken, joka toimii kuin diffuusorin jatkeena turbiinin akselin.
Tuloaukossa olevat ohjainsiipit toimivat toimilaitteena ; niiden kulman yhteinen asetus tarkoittaa, että turbiinin nopeus ja siten teho pidetään vakiona, kun kytketyn generaattorin kuorma muuttuu ja kun vesitasot muuttuvat. Francis-turbiini on positiivisen paineen turbiini; paine juoksupyörän tuloaukossa on korkeampi kuin juoksupyörän ulostulossa.
Ohjain kuuluvat turbiinin tallentaa nopeuden turbiinin on akselille kuin säädettävän suureen ja muuntaa tuloksena on servohydraulisella tiensä säätösuure , joka avaa tai sulkee ohjaussiipien nopeuden mukaan poikkeama. Suunnittelu vaivaa säätelemiseksi turbiini on huomattava ja muodostaa huomattava osa investoinneista Francis turbiini.
Francis-turbiinin hyötysuhde vaihtelee suunnittelusta ja toimintapisteestä riippuen. Nykyaikaiset Francis-turbiinit saavuttavat yli 90 prosentin hyötysuhteen. Francis-turbiinit voidaan suunnitella myös pumpputurbiineiksi , kuten Isogyre-pumpputurbiini .
Käyttöalue
Francis-turbiini on yleisin vesivoimalaitosten turbiinityyppi . Sitä käytetään keskipitkille vesipääille ja keskimääräisille virtausnopeuksille. Siksi sitä käytetään jokivoimalaitoksissa ja varastovoimaloissa . Niiden tehospektri vaihtelee 10 kW: sta yli 700 MW: iin .
Francis-turbiinien pään ennätys on 695 m Häuslingin pumppaamossa Zillertalissa sijaitsevassa varastovoimalaitoksessa , jossa on kaksi 180 MW: n yksikköä.
Francis-turbiinin käyttöalue on päällekkäinen Peltonin ja Kaplan-turbiinin kanssa . Peltonin turbiiniin verrattuna Francis-turbiini pystyy käsittelemään suurempia virtausnopeuksia pienemmillä mitoilla. Koska Francis-turbiinia voidaan ohjata vain ohjainsiipirenkaan kautta ja roottorin siivet ovat toisin kuin Kaplan-turbiinien kiinteät, pää on pidettävä suhteellisen vakiona, niin että matalapaineisissa voimalaitoksissa joilla, joiden pää on purkautumisen jälkeen vaihtelevat korkeudet, käytetään Kaplan-turbiineja.
Kuvagalleria
- Francis turbiinit
Avattu Francis-turbiini. Juoksupyörä (ruskea) on asennettu akselille (musta)
Kolmen rotkon padon voimalaitoksen juoksupyörä
Juoksupyörä 1930 varten Chippawa voimalan päälle Niagara Falls
Osat Francis-turbiinista
Erikoismallit
Läpän juoksupyörän turbiini
Siipipyörän turbiinia voidaan pitää Francis-turbiinin erityisenä muotona. Tässä turbiinissa juoksupyörällä on säädettävät terät, kun taas staattoria ei voida säätää. Juoksupyörällä on samanlainen muoto kuin Francis-turbiinin staattorilla. Tehokkuus on samanlainen kuin Francis-turbiinin täydellä kuormituksella, mutta yhä suljettujen läppien kanssa se ei laske yhtä paljon kuin Francis-turbiinilla, jossa on suljettu ohjainsiipirengas. Noin 15% läppien aukosta peräisin olevia vesimääriä voidaan käyttää taloudellisesti. Siipipyöräturbiinia käytetään vain pienissä, jopa 500 kW: n vesivoimalaitoksissa, kun voimakkaasti vaihtelevat vesimäärät on käsiteltävä ja vain yhtä turbiinia on tarkoitus käyttää.
nettilinkit
kirjallisuus
- Robert Honold, Karl Albrecht: Francis-turbiinit . Oppikirja koulua ja harjoittelua varten; Vesiturbiinien teoria kiinnittäen erityistä huomiota Francis-turbiiniin. R.Schulze Verlag, Mittweida 1908, ISBN 0-484-95815-1 (uusintapainos 2018 FB&C, Classic Reprint).
Yksittäiset todisteet
- ↑ a b Kuinka vesiturbiinit toimivat. (PDF) (Ei enää saatavana verkossa.) Julkaisussa: alt.fh-aachen.de. S. 1 , arkistoitu alkuperäisestä 10. lokakuuta 2016 ; luettu 10. lokakuuta 2016 .
- ↑ a b Turbiinien tiedot. Julkaisussa: Seneca Creek Greenway Trail. 3. helmikuuta 2009 (englanti).
- ↑ Patentti US861 : Parannettu vesipyörä. Julkaistu 28. heinäkuuta 1838 Hakija: Samuel B. Howd.
- ↑ a b Turbiinimuodot: Francis-, Kaplan- ja Pelton-turbiinit. Julkaisussa: diebrennstoffzelle.de. Haettu 10. lokakuuta 2016 .
- ↑ Käytännöllinen kurssi Francis-turbiinikoeosastolla (PDF) Julkaisussa: htw-dresden.de. S.2 , luettu 10. lokakuuta 2016 .
- ↑ Jürgen Giesecke, Emill Mosonyi: Vesivoimalaitosten suunnittelu, rakentaminen ja käyttö . Toinen, tarkistettu painos. Springer, Berliini, Heidelberg 1998, ISBN 3-662-10859-3 , 15.2 Francis-turbiinit, s. 435 .