كيف يعمل توربين فرانسيس؟

كيف يعمل توربين فرانسيس؟

توربينات فرانسيس هي التوربينات المائية الأكثر تفضيلا. فهي العمود الفقري الأكثر موثوقية في محطات الطاقة الكهرومائية. وهو يساهم بنحو 60 % من سعة الطاقة المائية العالمية، وذلك أساسا لأنه يمكن أن يعمل بكفاءة في ظل مجموعة واسعة من ظروف التشغيل. ويهدف هذا الفيديو إلى إعطاء لمحة عن كيفية عمل توربين فرانسيس.

head وflow rate هي عناصر الإدخال الأكثر حيوية التي تحكم أداء التوربينات الهيدروليكية. ولكن تخضع هذه المعايير لاختلاف الموسمي في محطة الطاقة الكهرومائية. توربينات فرانسيس قادرة على توفير الكفاءة العالية حتى إذا كان هناك تباين كبير في تدفق هذه المعايير. فيما يلي head وflow rate التي يفضل ان تعمل عليها توربينات فرانسيس.

Head = 45-400 m (راس الماء)
Flow rate = 10-700 m^3/s (معدل التدفق )

في هذه المقالة سوف نفهم عمل توربين فرانسيس و السبب في انه قادر على العمل تحت ظروف التدفق المختلفة .

Runner- في قلب النظام

أهم جزء من توربينات فرانسيس هو runner. يتم وضعه مع مجموعة من الشفرات المعقدة الشكل كما هو مبين في Fig.1

في runner يدخل الماء شعاعيا، ويترك محوريا. خلال التدفق،المياه تنساب عبر شفرات runner كما هو مبين في الشكل أدناه.

تشكل ريش توربينات فرانسيس خصيصا. إحدى هذه الشفرات ظاهرة في Fig.2. يتضح من الشكل أن شكل الشفرة المقطعي هو من جنيحات رقيقة. لذلك عندما يتدفق الماء فوقها، وسوف يتسبب في انتاج ضغط منخفظ على جانب واحد، وضغط عالي على الجانب الآخر. وهذا يؤدي إلى قوة شد.

يمكنك أيضا ملاحظة شيء غريب حول الشفرة. ذلك هو وجود نوع من شكل دلو نحو المأخذ. لذلك سوف تصل المياه، وتنتج قوة اندفاع قبل مغادرة runner. وكلاً من قوة الاندفاع وقوة الرفع ستجعل runner يدوير.

لذالك فتوربين فرانسيس ليس توربين رد فعل فقط، وانما جزء من قوة العمل يأتي من الدافع. وعندما يتدفق الماء على شفرات runner فكلاً من طاقتة الحركية والضغط تنخفض. يرتبط runner بالمولد الكهربائي، عبر العضو الدوار، لإنتاج الكهرباء.

استخدام Spiral Casing

يتم تركيب Runner داخل غلاف حلزوني. ويتم إدخال تدفق الماء عبر مدخل فوهة. تدفق المياه ينخفض تدريجياً على طول الغلاف، منذ دخوال المياه إلى runner. ولكن تناقص مساحة الغلاف الحلزوني سوف نتأكد من أن يتم إدخال تدفق الماء الى منطقة runner تقريبا في سرعة موحدة.