Dzisiaj jest: 21.11.2019, imieniny: Janusza, Marii, Reginy

Budowa i zasada działania turbiny Francisa

Dodano: 2 lata temu Czytane: 4272 Autor:
Redakcja poleca!

Turbina wodna Francisa będąca turbiną reakcyjną to wynalazek z okresu rewolucji przemysłowej XIX wieku, który stał się symbolem zmian i innowacji w dziedzinie pracy urządzeń mechanicznych.

Budowa i zasada działania turbiny Francisa
HISTORIA 

Dzięki wykorzystaniu energii płynącej wody, turbiny wodne konstruowane w XIX wieku stały się urządzeniami konkurencyjnymi dla silników parowych. Turbina Amerykanina - Jamesa B. Francisa - powstała w 1848 roku jako udoskonalony projekt urządzeń skonstruowanych wcześniej przez francuskiego inżyniera mechanika Benoit Fourneyrona, Jeana-Victora Ponceleta oraz S. B. Howarda, który opatentował swój wynalazek w Stanach Zjednoczonych w 1838 roku. Aktualnie zakres stosowania turbiny Francisa to średnie i duże spady - od kilkunastu metrów do około 500 metrów maksymalnie.


BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA TURBINY FRANCISA

Najważniejszym elementem turbiny Francisa jest wirnik. Składa się on z dwóch pierścieni połączonych ze sobą specjalnie ukształtowanymi łopatkami (rys.1). Kształt ten powoduje ruch obrotowy wirnika w wyniku siły naporu oraz siły nośnej spowodowanej różnicą ciśnień w przedniej i tylnej części łopatki.
 
Turbina Francisa
Rys. 1 Wirnik turbiny Francisa (źródło: flickr.com , autor Ferrous Büller)

Wirnik turbiny Francisa umieszczony jest w obudowie o spiralnym, zwężającym się kształcie. Wewnątrz spirali, znajdują się łopatki kierownicze, które regulują przepływ wody oraz ukierunkowują strumień w kierunku łopat wirnika. Poprzez wirnik, woda trafia tzw. rury ssącej, która odprowadza wodę i w wyniku różnicy ciśnień zwiększa sprawność całego hydrozespołu. Generator, połączony z wirnikiem za pomocą wału, zamienia energię kinetyczną turbiny Francisa, na energię elektryczną, która trafia do sieci elektroenergetycznej.
Turbina Francisa - zasada działania
Rys.2 Turbina Francisa - zasada działania 

Turbiny Francisa występują, także w innych konfiguracjach, w szczególności w starych młynach. Tam najczęściej stosowane były tzw. "komory otwarte" w których woda trafia do wirnika bezpośrednio poprzez układ kierownic wlotowych.


ZALETY I WADY TURBINY FRANCISA

Zalety:
- wysoka sprawność sięgająca nawet ponad 94 procent,
- największe możliwe moce turbin,
- bardziej odporne na zużycie w porównaniu do turbin Peltona,   
- możliwość zastosowania jej w wielu, zróżnicowanych układach konstrukcyjnych.

Wady:
- wysoki koszt produkcji i instalacji,
- ograniczone możliwości regulacji przepływu (brak podwójnej regulacji),
- wrażliwe na zanieczyszczenia (między innymi gałęzie, liście itp.), utrudnione oczyszczanie,
- duża wrażliwość na zmiany spadu.
 

PRZYKŁADOWE REALIZACJE Z TURBINAMI FRANCISA
Na terenie Polski znajdziemy kilka elektrowni wodnych wykorzystujących turbiny Francisa, m. in. Elektrownia Wodna Bielkowo, Gałąźna Mała, Pilchowice oraz Rejowice. Na świecie przykładem zastosowania turbin Francisa to między innymi elektrownia na rzece Itaipu (Brazylia, 20 x 700MW) czy też elektrownia Guri (Wenezuela, 10 turbin, każda o mocy 730MW).
Źródło: zdjęcia głównego flickr.com (fot. Portland Corps), źródło zdjęć z galerii flickr.com (fot. U.S. Army Corps of Engineers Nashville District, Zane Smith, Swiss Small Hydro)
Polecane
Polub nas na Facebook-u i bądź na bieżąco z informacjami na temat MEW!