Francisova turbina: razlika između inačica
Izbrisani sadržaj Dodani sadržaj
m r2.6.1) (robot Dodaje: pl:Turbina Francisa |
Francisova turbina - nadopunio |
||
Redak 1:
[[Datoteka:M vs francis schnitt 1 zoom.jpg|mini|desno|
[[Datoteka:Francis Runner grandcoulee.jpg|mini|desno|250px|Montaža radnog kola ili rotora ([[Hidroelektrana Grand Coulee]])]]
'''Francisova turbina''' je vrsta [[vodene turbine]] koju je konstruirao britansko-američki inženjer [[James Bicheno Francis]] a primarno služi za proizvodnju [[električna energija|električne energije]] uz pomoć [[generator]]a. Francisove turbine imaju veliki stupanj iskoristivosti kapaciteta s preko 90%, te veliki raspon djelovanja u odnosu na visinu ([[konstruktivni pad]]) fluida pri protoku kroz turbinu. To je naročito naglašeno kod [[voda|vode]] gdje postiže optimalan rad pri konstruktivnom padu od 20 metara do čak 700 metara, a izlazna snaga može biti od par [[kilovat|kilovata]] do 1000 MW.▼
[[Datoteka:Francis_Turbine_Low_flow.jpg|mini|desno|250px|Presjek kroz Francisovu turbinu, sa privodnim zakretnim lopaticama (žute), koje su namještene na minimalni protok]]
[[Datoteka:Francis_Turbine_High_flow.jpg|mini|desno|250px|Presjek kroz Francisovu turbinu, sa privodnim zakretnim lopaticama (žute), koje su namještene na maksimalni protok]]
[[Datoteka:Francis Turbine inlet scroll Grand Coulee Dam.jpg|mini|desno|250px|Pogled na spiralnu komoru. Spiralni dovod ravnomjerno dovodi vodu rotoru i stvara rotacijsko strujanje vode (Hidroelektrana Grand Coulee)]]
[[Datoteka:Francis_Turbine_complete.jpg|mini|desno|250px|Mala Francisova turbina (plava), spojena na električni generator]]
[[Datoteka:Sanxia Runner04 300.jpg|mini|desno|250px|Rotor Francisove turbine u [[Hidroelektrana Tri klanca|Hidroelektrani Tri klanca]]]]
▲'''Francisova turbina''' je vrsta [[vodene turbine]] koju je konstruirao britansko-američki inženjer [[James Bicheno Francis]] a primarno služi za proizvodnju [[električna energija|električne energije]] uz pomoć [[generator]]a. Francisove turbine imaju veliki stupanj iskoristivosti kapaciteta s preko 90%, te veliki raspon djelovanja u odnosu na visinu (
Francisov tip turbine je najučestaliji tip turbine koja se instalira u pogone za proizvodnju električne energije koji rade na bazi protoka vodene mase kroz pogon za proizvodnju – najčešće su to [[hidroelektrana|hidroelektrane]].
==Razvoj==
[[Vodeničko kolo]] se koristilo još prije 2000 godina, za pogon [[vodenice|vodenica]], a posebno [[mlin]]ova, međutim stupanj iskorištenja je bio mali. U 19. stoljeću [[vodna turbina|vodne turbine]] su znatno povećale [[stupanj iskorištenja]], pa su se mogle natjecati sa [[parni stroj|parnim strojem]], naravno tamo gdje je [[voda]] bila dostupna.
1826. [[Francuska|francuski]] inženjer [[Benoit Fourneyron]] je razvio prvu vodnu turbine, koja je imala visoki stupanj iskorištenja (do 80 %). U Fourneyronovoj turbini voda struji kroz lopatice statora, od osovine prema obodu i udara u lopatice rotora čijim se okretanjem energija vode pretvara u mehaničku energiju.
1848. [[Sjedinjene Američke Države|američki]] [[inženjer]] [[James Bicheno Francis|J.B. Francis]] unosi revoluciju u konstrukciji vodnih turbina s konstrukcijom reakcijske turbine. '''Reakcijskim ili pretlačnim turbinama''' nazivaju se vodne turbine, u kojima je [[tlak]] na ulazu u rotor veći od onoga na njegovom izlazu. U pretlačnim turbinama se dio [[potencijalna energija|potencijalne energije]] pretvara u [[kinetička energija|kinetičku energiju]] u statoru, a dio u rotoru. Zakretanje radnog kola uzrokuje promjena [[Količina gibanja|količine gibanja]] i [[Newtonovi zakoni gibanja|reaktivne sile]] (razlika [[tlak]]a, [[Coriolisov učinak]] i dr.)
==Djelovi Francisove turbine==
Francisova turbina je reakcijska ili pretlačna turbine, a to su vodne turbine u kojima je tlak na ulazu u rotor veći od onoga na njegovom izlazu. Pojedini dijelovi reakcijskih vodnih turbina načelno se razlikuju najviše po konstrukciji radnog kola kao glavnog dijela, dok im je većina ostalih dijelova:
* spiralni dovod,
* statorske lopatice,
* difuzor i
* ležajevi,
slična po konstrukciji i funkciji. <ref> [http://www.riteh.uniri.hr/zav_katd_sluz/zav_meh_flu_rac_inz/nas/rez_flu/Vodne_turbine.pdf] "Vodne turbine" dr.sc. Zoran Čarija, Tehnički fakultet Rijeka, 2010.</ref>
===Spiralni dovod===
Spiralni dovod je dio turbine koji vodu iz dovodnog sustava, prije ulaska u radno kolo treba jednolično rasporediti po obodu [[Turbina|turbine]]. Na taj se način osigurava jednolično opterećenje po obodu radnog kola i sprečava asimetričnost koja bi mogla uzrokovati pojavu [[Sila|sila]] i [[Vibracije|vibracija]] u turbini. Spiralni dovod imaju Francisove, Deriazove (dijagonalne) i većina propelernih turbina. Spiralni dovod može biti otvoren ili zatvoren, od lima, lijevanog [[željezo|željeza]], [[beton]]a ili kombinirani željezno-betonski.
Presjek spiralnog dovoda može biti kružan, eliptičan, trapezan ili pravokutan. Vrsta dovoda odabire se prema raspoloživom padu i [[snaga|snazi]] turbine. Prema načinu raspodjele vode u dovodu razlikuju se potpuna [[spirala]] i poluspirala, te jednostrujna i višestrujna spirala. Spiralni dovod mehanički učvršćuje lopatice pretprivodnog kola. Kružni poprečni presjek spirale, koji je najveći na ulazu spirale, postepeno se smanjuje prema repu spirale, gdje postaje eliptičnog oblika.
===Pretprivodno kolo===
Pretprivodno kolo je glavna noseća [[Konstrukcije|konstrukcija]] preko koje se prenose sva [[Statika|statička]] i [[Dinamika|dinamička]] opterećenja na [[beton]]sku konstrukciju strojarnice. Izrađuje se kao [[Zavarivanje|zavarena]] [[Čelik|čelična]] konstrukcija, sastavljena od dva čelična obruča međusobno spojena stabilnim lopaticama, koje usmjeravaju vodu na lopatice privodnog kola. Ima obično 10 do 12 lopatica. Lopatice dodatno umiruju i usmjeruju vodnu struju na putu prema regulacijskom aparatu, uz minimalne gubitke istovremeno.
===Privodno kolo===
Privodno kolo (privodni aparat) turbine je mehanizam, koji pomoću zakretnih lopatica regulira protok vode kroz turbinu i usmjerava vodu na lopatice radnog kola pod najpovoljnijim [[kut]]om. Sastavljeno je od dva obruča, između kojih je radijalno postavljeno 20-32 hidraulički profiliranih lopatica. Zakretanje lopatica privodnog kola, a time i regulacija protoka vode kroz turbine, ostvaruje se zakretanjem regulacijskog prstena pomoću servomotora, koje se sistemom polužja i ručica prenosi na svaku lopaticu posebno.
U incidentnim situacijama, kao što je ispad [[električni generator|električnog generatora]] iz mreže ili neki kvar na vitalnom dijelu turbine, lopatice privodnog kola se automatski zatvaraju i prekidaju dovod vode u turbinu. Zatvaranje ne smije biti prebrzo, zbog opasnosti od prekida stupca vode u radnom kolu ili difuzoru, što bi moglo prouzročiti povratni udar vode u radno kolo. Privodeće lopatice su jedini pokretni dijelovi Francisove turbine (osim rotora), koje svojim položajem reguliraju protok kroz samu turbinu.
===Rotor ili radno kolo===
Pravilno distribuirana voda iz spirale prolazi međuprostorom predprivodećih i privodećih lopatica, koje svojim oblikom osiguravaju pravilan smjer vode na ulazu u rotor. Rotorom se vrši pretvorba raspoložive vodne energije u mehanički rad. On se sastoji od 12-17 čvrsto fiksiranih lopatica. Poznate su izvedbe s više od 20-ak lopatica (npr. HE [[Dubrovnik]] ima 24 lopatice). Lopatice tvore zakrivljene kanale kroz koji struji voda, a pričvršćene su s gornje strane na glavčinu, te s donje strane na vijenac rotora .
Radijalni položaj ulaznog i izlaznog presjeka rotora nije isti, a kako bi se osigurala nepromjenjivost poprečnog presjeka potrebno je povećavati visinu kanala prema izlaznom presjeku. Oblik rotora u meridijalnoj ravnini značajno ovisi o brzohodnosti stroja. Kod sporohodnih strojeva, radijalni položaj ulaznog presjeka rotora veći je od radijalnog položaja izlaznog presjeka. Povećanjem [[Hodnost|brzohodnosti]] razlika postaje sve manja. Daljnjim povećanjem brzohodnosti, ulazni promjer postaje manji od izlaznog promjera rotora, a u graničnom slučaju rotor Francisove turbine prelazi u propelerni oblik.
===Difuzor ili odsisna cijev===
Nakon što prođe kroz rotor turbine, voda otječe kroz difuzor. Namjena difuzora (odsisne cijevi) je smanjenje izlazne [[Brzina|brzine]], čime se smanjuju izlazni gubici energije, a time povećava ukupna korisnost turbine. Difuzor omogućava turbinski rad neovisno o promjenama razine donje vode, a u turbinama s okomitim vratilom, mijenja smjer strujanja vode iz okomitog u vodoravni, uz najmanje hidrodinamičke gubitke. Prema obliku difuzor može biti ravan ili stožast, kombiniran i ljevkast.
===Ležajevi===
Sile koju djeluju na vratilo turbine preuzimaju '''aksijalni ležaj''', i jedan ili više '''radijalnih ležajeva'''. Aksijalni ležaj može biti zajednički za turbine i [[električni generator]], koji su obično povezani krutom spojnicom. Osnovni se radijalni ležaj najčešće nalazi uz rotor i naziva se vodećim turbinskim ležajem, a svojim svojstvima je [[hidraulički ležaj]].
===Turbinski poklopac===
Turbinski poklopac služi za usmjeravanje vode i prenošenje aksijalnih sila nosećeg ležaja preko prstena privodnog i pretprivodnog kola na temelje. Na turbinskom poklopcu se osim ležaja uobičajeno smještaju brtva turbinskog vratila, zračni ventili i hidrauličke brave.
==Način rada==
Veličina aktivne zakretne [[sila|sile]] na rotor ovisi o promjeni [[Količina gibanja|količine gibanja]] vode, [[tlak|tlačnoj]] razlici, [[Coriolisov učinak|Coriolisovu ubrzanju]], [[Centrifugalna i centripetalna sila|centrifugalnom ubrzanju]] i dr. Utjecaj svakog od tih faktora na zakretnu silu određuje stupanj reakcije turbine.
Voda se dovodi tlačnim cjevovodom i jednolično se raspoređuje po obodu radnog kola pomoću spiralnog dovoda. Zakretanjem statorskih lopatica (privodne zakretne lopatice) mijenja se protok kroz turbinu (regulacija snage). Posljedica zakretanja statorskih lopatica jest promjena kuta strujanja na lopatice rotora, što uzrokuje znatne hidrodinamičke gubitke, zbog čega Francisova turbina ima relativno loša regulacijska svojstva.
U radno kolo, koje se sastoji od 12-17 čvrsto fiksiranih lopatica, voda ulazi radijalno, a izlazi aksijalno i odvodi se kroz difuzor u odvodni kanal turbine. Upotrebom difuzora smanjuju se izlazni gubici turbine koji su povezani s kinetičkom energijom vode.
Francisova turbina obično ima okomito vratilo, jer je turbina s vodoravnim vratilom prikladna samo za manje snage. <ref> [http://www.fer.hr/_download/repository/Elektrane_03.pdf] "Vrste hidrauličkih turbina" prof.dr.sc. Sejid Tešnjak, prof.dr.sc. Davor Grgić, prof.dr.sc. Igor Kuzle, Fakultet elektrotehnike i računarstva Zagreb, 2010.</ref>
== Izvori ==
{{Reflist|1}}
==Također pogledati==
Line 11 ⟶ 68:
[[Kategorija:Energetika]]
[[Kategorija:Hidroelektrane]]
[[bg:Турбина на Францис]]
| |||