水力発電に世界で最も使用されている要素のXNUMXつは、 フランシス水車。これは、ジェームス B. フランシスによって作成されたターボマシンで、水の動きを利用して反応と混合流によって動作し、エネルギーを生成します。フランシス水車は幅広い高度と流量で動作可能であり、2 メートルから数百メートルの範囲の斜面でも動作できるため、さまざまな水力発電所にとって多用途かつ効率的なオプションとなります。
この記事では、フランシス水車の特徴、部品、動作、水力発電におけるフランシス水車の重要性について詳しく見ていきます。
フランシス水車の主な特徴
ラス フランシス水車 これらは、わずか数メートルから 800 メートルを超えるさまざまな高低差で動作する優れた能力で際立っていますが、最適な効率は 800 メートル未満の高さで見られます。これは、高高度では重力の変化が性能に悪影響を与える可能性があるためです。
これらのタービンはさまざまな流量範囲で動作するように設計されているため、さまざまな動作条件に適応できます。主に使用されるのは、 水力発電所 水の位置エネルギーを利用して発電します。初期設計、設置、メンテナンスには費用がかかりますが、寿命が長く、効率が高く、メンテナンスコストが低いため、長期的な投資として有益です。
フランシス水車の設計には、 水分損失を最小限に抑える高いパフォーマンスを保証します。さらに、その堅牢で耐性のある構造によりメンテナンスの必要性が軽減され、これは他のタイプのタービンに比べて大きな利点です。技術の進歩に伴い、メンテナンスの必要性をさらに最小限に抑える新しい材料が開発され、フランシス水車は数十年間にわたりコスト効率を維持できるようになりました。
フランシス水車の限界の 1 つは、 流れの大きな変動に対する感度 そのため、水流が大幅に変化する可能性のある場所に設置することはお勧めできません。
フランシス水車のキャビテーション
フランシス水車の設計とメンテナンスにおいて考慮すべきもう 1 つの側面は、 キャビテーション、流体内に空洞または蒸気泡が形成されるときに発生する流体力学的現象。これは、水がタービンの鋭いエッジを高速で通過するときに発生し、ベルヌーイの公式に従って圧力の不均衡を引き起こします。
として知られる形成された泡 蒸気空洞、最も低い圧力の領域から最も高い圧力の領域へ移動します。蒸気が突然液体状態に戻ると、気泡が崩壊してエネルギーが放出され、固体表面に微小な衝撃が生じてタービン構造に損傷を与える可能性があります。この現象はタービンの効率を低下させるだけでなく、その構成部品の摩耗を促進する可能性があります。
キャビテーションは、特にローターに近い領域に微小亀裂や目に見える損傷を生じさせ、タービンの耐用年数を短縮する可能性があるため、欠点となります。この問題を軽減するために、先端材料の使用と予防保全技術の使用に加え、動作条件の徹底した管理により、この現象の原因となる変動を最小限に抑えます。
フランシス水車の主要部品
フランシス水車にはさまざまな部品があり、それぞれが特定の機能を果たし、水力発電エネルギーの生成効率を最大化します。
- スパイラルチャンバー: このチャンバーは流体をインペラに向かって均一に分配します。らせんまたはカタツムリの形状は、流体の速度がすべての点で一定に保たれるために不可欠です。通常は断面が円形ですが、場合によっては長方形の場合もあります。
- プレディストリビューター: システム内で構造的な機能を持つ固定ブレードによって形成されます。これらの要素はスパイラルチャンバーを強化し、油圧損失を最小限に抑えます。
- ディストリビューター: このセクションは、インペラに向かう水の流れを制御する可動ガイド ベーンで構成されています。その機能は、電気ネットワーク内の負荷変動に合わせて流れを調整し、常にパフォーマンスを最適化できるようにすることです。
- インペラーまたはローター: これはタービンの中心部であり、エネルギー交換が行われます。インペラは、水の運動エネルギー、位置エネルギー、圧力エネルギーを機械エネルギーに変換します。この機械エネルギーはシャフトを介して発電機に伝達され、そこで最終的に電気に変換されます。
- 吸引チューブ: これはタービンからの流体の出口です。ディフューザー形状は真空を作り出し、インペラで完全に使用されなかったエネルギーの一部を回収するのに役立ち、システム全体の効率の向上に貢献します。
フランシス水車の分類
フランシス水車は、動作速度と揚程の特性に応じて分類できます。
- 遅いフランシスタービン: 主に200メートルを超える高さのジャンプに使用されます。
- 通常のフランシスタービン: 20 ~ 200 メートルの中程度の高さに示されています。
- 高速および超高速フランシス タービン: 20 メートル未満の低高さのジャンプに適しています。これらのタービンは、大水流と低落差に最適です。
これらのタービンの設計は、ヘッドの特性と各設置で利用可能な流れに応じて異なります。エネルギー性能を最適化し、運用コストを削減するには、最適なタイプのタービンを選択することが不可欠です。
上記の情報により、フランシス水車がどのように動作するか、主な特徴、部品、制限事項をよりよく理解できるようになります。このタイプのタービンは、世界中の水力発電に多用途で効率的かつ耐久性のあるオプションです。