หนึ่งในองค์ประกอบที่ใช้กันมากที่สุดในโลกสำหรับการผลิตพลังงานน้ำคือ กังหันฟรานซิส- เป็นเครื่องจักรเทอร์โบที่สร้างขึ้นโดยเจมส์ บี. ฟรานซิส และทำงานผ่านปฏิกิริยาและการไหลแบบผสม โดยใช้การเคลื่อนที่ของน้ำเพื่อสร้างพลังงาน กังหัน Francis สามารถทำงานได้ในระดับความสูงและอัตราการไหลที่หลากหลาย ซึ่งทำให้เป็นตัวเลือกที่หลากหลายและมีประสิทธิภาพสำหรับโรงไฟฟ้าพลังน้ำต่างๆ เนื่องจากสามารถทำงานได้บนทางลาดตั้งแต่ 2 เมตรไปจนถึงหลายร้อยเมตร
ในบทความนี้ เราจะพิจารณารายละเอียดคุณลักษณะ ชิ้นส่วน และการทำงานของกังหันฟรานซิส ตลอดจนความสำคัญในการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ
ลักษณะสำคัญของกังหันฟรานซิส
ลา กังหันฟรานซิส พวกเขาโดดเด่นด้วยความสามารถในการทำงานที่ระดับความสูงที่แตกต่างกัน ตั้งแต่เพียงไม่กี่เมตรไปจนถึงมากกว่า 800 เมตร แม้ว่าประสิทธิภาพสูงสุดจะอยู่ที่ความสูงน้อยกว่า 800 เมตรก็ตาม เนื่องจากที่ระดับความสูงที่สูงขึ้น ความแปรผันของแรงโน้มถ่วงอาจส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพการทำงานได้
กังหันเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาให้ทำงานกับช่วงการไหลที่หลากหลาย ซึ่งช่วยให้สามารถปรับให้เข้ากับสภาวะการทำงานที่แตกต่างกันได้ ส่วนใหญ่จะใช้ใน โรงไฟฟ้าพลังน้ำ เพื่อผลิตไฟฟ้าโดยใช้ประโยชน์จากศักยภาพพลังงานน้ำ แม้ว่าการออกแบบ การติดตั้ง และการบำรุงรักษาเบื้องต้นจะมีราคาแพง แต่อายุการใช้งาน ประสิทธิภาพ และค่าบำรุงรักษาต่ำทำให้เป็นการลงทุนระยะยาวที่ทำกำไรได้
การออกแบบกังหันฟรานซิสมีระบบอุทกพลศาสตร์ที่ทำให้มั่นใจได้ การสูญเสียน้ำน้อยที่สุดซึ่งรับประกันประสิทธิภาพสูง นอกจากนี้ โครงสร้างที่แข็งแกร่งและทนทานยังช่วยลดความจำเป็นในการบำรุงรักษา ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบเหนือกังหันประเภทอื่นๆ อย่างมาก ในขณะที่เทคโนโลยีก้าวหน้าไป วัสดุใหม่ๆ ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อลดความต้องการในการบำรุงรักษาลงอีก ส่งผลให้กังหันของ Francis ยังคงความคุ้มทุนได้นานหลายทศวรรษ
ข้อจำกัดประการหนึ่งของกังหันฟรานซิสก็คือ ความไวต่อการเปลี่ยนแปลงขนาดใหญ่ในการไหล ของน้ำจึงไม่แนะนำให้ติดตั้งในบริเวณที่กระแสน้ำอาจแตกต่างกันอย่างมาก
Cavitation ในกังหันฟรานซิส
อีกแง่มุมหนึ่งที่ต้องคำนึงถึงในการออกแบบและบำรุงรักษากังหันฟรานซิสก็คือ การเกิดโพรงอากาศเป็นปรากฏการณ์อุทกพลศาสตร์ที่เกิดขึ้นเมื่อโพรงหรือฟองอากาศก่อตัวภายในของเหลว สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อน้ำไหลผ่านขอบแหลมของกังหันด้วยความเร็วสูง ทำให้เกิดความไม่สมดุลของแรงดันตามสูตรของเบอร์นูลลี
ฟองอากาศก่อตัวขึ้นเรียกว่า โพรงไอน้ำโดยเดินทางจากบริเวณความกดอากาศต่ำสุดไปสูงสุด เมื่อไอน้ำกลับคืนสู่สถานะของเหลวอย่างกะทันหัน ฟองอากาศจะยุบตัวและปล่อยพลังงานออกมา ซึ่งอาจสร้างความเสียหายให้กับโครงสร้างกังหันโดยการสร้างผลกระทบระดับไมโครบนพื้นผิวแข็ง ปรากฏการณ์นี้ไม่เพียงแต่ลดประสิทธิภาพของกังหันเท่านั้น แต่ยังเร่งการสึกหรอของส่วนประกอบต่างๆ อีกด้วย
การเกิดโพรงอากาศถือเป็นข้อเสียเปรียบเนื่องจากจะทำให้อายุการใช้งานของกังหันสั้นลงโดยทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็กและความเสียหายที่มองเห็นได้ โดยเฉพาะในบริเวณใกล้กับโรเตอร์ เพื่อบรรเทาปัญหานี้ จึงมีการใช้วัสดุขั้นสูงและใช้เทคนิคการบำรุงรักษาเชิงป้องกัน นอกเหนือจากการควบคุมสภาพการทำงานอย่างละเอียดถี่ถ้วน เพื่อลดความแปรปรวนที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์นี้ให้เหลือน้อยที่สุด
ส่วนหลักของกังหันฟรานซิส
กังหันฟรานซิสมีชิ้นส่วนต่างๆ มากมาย แต่ละชิ้นทำหน้าที่เฉพาะเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุดในการผลิตพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำ:
- ห้องเกลียว: ห้องนี้กระจายของไหลไปทางใบพัดอย่างสม่ำเสมอ รูปทรงเกลียวหรือหอยทากถือเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากช่วยให้ความเร็วของของไหลคงที่ทุกจุด โดยปกติแล้วจะเป็นวงกลมในส่วนต่างๆ แม้ว่าในบางกรณีก็สามารถเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าได้เช่นกัน
- Predistributor: เกิดจากใบมีดคงที่ซึ่งมีฟังก์ชั่นโครงสร้างภายในระบบ องค์ประกอบเหล่านี้เสริมความแข็งแรงให้กับห้องเกลียวและลดการสูญเสียทางไฮดรอลิก
- ผู้แทนจำหน่าย: ส่วนนี้ประกอบด้วยใบพัดนำเคลื่อนที่ซึ่งควบคุมการไหลของน้ำไปยังใบพัด หน้าที่ของมันคือเพื่อให้กระแสน้ำปรับตามความแปรผันของโหลดในเครือข่ายไฟฟ้า เพิ่มประสิทธิภาพการทำงานตลอดเวลา
- ใบพัดหรือโรเตอร์: นี่คือหัวใจของกังหันซึ่งมีการแลกเปลี่ยนพลังงานเกิดขึ้น ใบพัดจะแปลงพลังงานจลน์ ศักย์ และแรงดันของน้ำให้เป็นพลังงานกล พลังงานกลนี้จะถูกถ่ายโอนไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าผ่านเพลา และในที่สุดก็ถูกแปลงเป็นไฟฟ้า
- ท่อดูด: นี่คือทางระบายของไหลออกจากกังหัน รูปร่างของตัวกระจายอากาศจะสร้างสุญญากาศที่ช่วยนำพลังงานส่วนหนึ่งที่ไม่ได้ใช้ไปใช้กับใบพัดกลับคืนมา ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ
การจำแนกประเภทของกังหันฟรานซิส
กังหันฟรานซิสสามารถจำแนกตามความเร็วการทำงานและลักษณะของหัว:
- กังหันฟรานซิสช้า: ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับกระโดดสูงมากกว่า 200 เมตร
- กังหันฟรานซิสปกติ: ระบุความสูงปานกลางระหว่าง 20 ถึง 200 เมตร
- กังหันฟรานซิสที่เร็วและเร็วเป็นพิเศษ: เหมาะสำหรับการกระโดดสูงขนาดเล็กต่ำกว่า 20 เมตร กังหันเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการไหลของน้ำปริมาณมากและปริมาณน้ำที่ไหลต่ำ
การออกแบบกังหันเหล่านี้แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับลักษณะของส่วนหัวและการไหลที่มีอยู่ในการติดตั้งแต่ละครั้ง สิ่งสำคัญคือต้องเลือกประเภทกังหันที่เหมาะสมที่สุดเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพด้านพลังงานและลดต้นทุนการดำเนินงาน
จากข้อมูลข้างต้น คุณจะสามารถเข้าใจวิธีการทำงานของกังหัน Francis คุณลักษณะหลัก ชิ้นส่วน และข้อจำกัดได้ดีขึ้น กังหันประเภทนี้เป็นตัวเลือกที่หลากหลาย มีประสิทธิภาพ และทนทานสำหรับการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำทั่วโลก