フランシス 水力 タービン: 設計,運用,応用に関する包括的なガイド

フランシス 水力タービンの紹介

1 水力タービンの概要

水力タービンは,流れる水または落下する水のエネルギーを機械エネルギーに変換する機械で,それは通常水力発電所で電気エネルギーに変換されます.水力タービンには様々な種類がありますそれぞれが特定の運用条件に適しています

フランシスタービンは,中高頭 (一般頭範囲は20~300m) と中高流量水力発電のシナリオに適しています.効率的で安定した性能のため広範囲にわたって使用されています. それは中国の三峡水力発電所のような大きな水力発電所であっても,いくつかのユニットは巨大なフランシスタービンを使用します.多くの中小規模な水力発電所電力網に信頼性の高い電力を供給する.

2 フランシス タービン は 何 です か

フランシスタービンは反応タービンで,作業液 (水) がランナーブレードに圧力と運動量の変化によって作用することを意味します.世界で最も広く使われている水力タービンの一種です.

3 歴史 的 な 背景 と 発展

フランシスタービンは1840年代にジェームズ・B・フランシスによって開発されました. それ以来,設計と性能が絶えず改善されています.水力発電の広範囲の頭と流量条件に適応する.

基本 の 原則 と 構成要素

1 フランシス・タービンの作業原理

水は渦巻き蓋を通ってタービンに入り,水はランナー周りに均等に分布する.ガイド・ブレーン/ウィケット・ゲートは,水の流量と方向を制御する.その炎は, (馬の) 刃に打つ.水がランナー・ブレードを通り抜けるにつれて,トークが与えられ,ランナーが回転します.水の動力エネルギーを取り戻すのに役立ちます.

2 主要 な 要素 が 説明 さ れ て いる

スパイラルキャッシング

スパイラル型キャッシングは 水をランナーの周りに均一かつ効率的に分配するように設計されています水がランナーに近づくにつれて 水の速度を一定に保つために,その横切りの面積は周りを沿って減少します.

ガイド・バネス/ウィケット・ゲート

ガイド・フェインは,ウィケット・ゲートとも呼ばれ,ランナーに流れる水の量を制御するために調整することができます.また,最大効率のために最適な角度でランナーブレードに水を導きます.

ランナー

ランナー は,タービン の 回転 する 部分 で,流れ て いる 水 から エネルギー を 抽出 する ため に 設計 さ れ た 曲げ た 刃 の シリーズ から 成る.トルビンの特定の動作条件に基づいて慎重に設計されています.

抽出チューブ

抽出管は,ランナーの出口部に設置された分散管である.その主な機能は,ランナーから出る水の速度を低下させることである.動力エネルギーの一部を回収し,タービンの全体的な効率を向上させる.

設計 と 建設

1 水力 設計 の 考慮

フレンチスタービンの水力設計は,タービンのコンポーネントを通る水の流れを最適化することに焦点を当てています.これは,螺旋蓋,ガイド・ブレーン,ランナー・ブレード,損失を最小限に抑え エネルギーの抽出を最大限に液体設計では,頭,流量,および必要な出力などの要因が重要です.

2 機械 設計 の 側面

機械設計の側面には,タービン部品の強さと耐久性などの考慮が含まれる.例えば,ランナー,高回転速度や流水による力に耐えられる必要がありますローヤリングとシャフトは,回転部品を支え,機械エネルギーを効率的に伝達するように設計されています.

3 建築 に 用いる 材料

フランシス タービン の 建設 に 用いる 材料 は 腐食 に 耐える もの で ある 必要 が あり ます.水 に 絶えず 接触 し て いる の で ある から です.ステンレス 鋼 は ランナー や 他 の 重要な 部品 に 一般 に 用い られ ます渦巻き管は鋼板で作られ,抽出管はコンクリートや鋼で作られ,タービンの大きさや位置によって異なります.

主な構造材料のリスト:

動作と性能

1 タービン操作 変動する負荷

フランシス タービンは,さまざまな負荷条件下で効率的に動作するように設計されています.ガイド シャベルは,水の流れを調節し,したがってタービンの出力量を調節することができます.負荷が低い状態で導航パンは部分的に閉ざされ,タービンを通る水の量が減少します.

2 効率性及び性能特性

フランシス タービン の 効率 は,水 の エネルギー を 機械 的 な エネルギー に 変換 する 効率 を 測る もの です.高 効率 の タービン は 96% 以上 の 値 を 達成 でき ます.性能特性には,出力との関係が含まれます.性能曲線で表すことができる.

タービン の 性能 に 影響 する 3 つの 要因

水質,部品の磨損,制御システムの精度などの要因がタービン性能に影響を与えます.水中の堆積物はランナーブレードの侵食を引き起こす可能性があります.時間の経過とともに効率を低下させる制御システムが 適切に整備されていれば 異なる条件下で 最適な動作を 保証できます

申請

1 水力発電所での使用

フランシスタービンは世界中の水力発電所で広く使用されています. 大規模と中規模の発電に適しています.高電力需要を満たすために複数のフランシスタービンが設置され得る.

2 適正 な 頭 と 流れ の 条件

フランシスタービンは,通常20メートルから300メートルまでの高さで, 中型ヘッドで最も効率的です.異なる水力発電プロジェクトに 使えるようにする.

利点 と 欠点

1 フランシス タービン の 活用 の 利点

フランシス タービンの 利点 に は,幅広い 運用 条件 に 高い 効率,異なる 流量 に 対処 する 能力,そして 中型 型 型 型 型 型 型 型 型 型 型 型 型 の 適用 に 適し な こと が あり ます.また,他の型タービンと比較して比較的信頼性があり,維持費も少なくなります..

2 限界 と 課題

制限 に は,いくつかの シンプル な タービン 設計 と 比べ て より 高額 な 初期 費用 が 含ま れ ます.また,水 の 質 に 敏感 で,沉積物 に 満ち た 水 は 侵食 の 問題 を 引き起こし ます.さらに,フランシスタービンの設置と保守には 専門的なスキルと設備が必要かもしれません.

他のタービンタイプとの比較

1 フランシス対ペルトンタービン

ペルトンタービンはインパルスタービンで, 反応型フランシスタービンとは異なります. ペルトンタービンは高頭,低流量アプリケーションに適しています.一方,フランシスタービンは,中型ヘッドのためにより良いです比較には,効率性,コスト,設計の複雑性などの側面が含まれます.

2 フランシス対カプランタービン

カップラン タービン も 反応 タービン で ある が,低 頭,高 流量 の 用途 に 設計 さ れ て い ます.フランシス タービン は,ある 場合 カップラン タービン と 比べ て より コンパクト な 設計 を 備えています.この2つの選択は,水力発電所の特定の頭部と流量特性に左右されます.

3 特定 の 状況 に 適した タービン を 選ぶ

水力発電プロジェクト用のタービンを選択する際には,頭,流量,コスト,効率,環境への影響などの要因を考慮する必要があります.これらの要因の詳細な分析は,最も適切なタービンタイプを選択するのに役立ちます.フランシス,ペルトン,カプラン,または他のタイプのタービンです.

メンテナンス と 問題 解決

1 共同の維持管理手順

フランシス タービン の 常見 な メンテナンスの 手続 に は,部品 の 磨損 検査,ベアリング の 潤滑 処理,タービン 内部 の 清掃 など が 含ま れ て い ます.制御システムの監視とセンサーの校正も重要な保守作業です.

2 共通 の 問題 を 解決 する

一般的な問題には,振動,異常な騒音,効率低下などがあります.トラブルシューティングには,部品の不整列による問題の根本原因を特定すること,損傷したランナー・ブレード問題を解決するために,欠陥のある部品の修理または交換が必要かもしれません.

最近 の 進歩 と 将来 の 傾向

1 フランシス タービン 技術 の 革新

最近の革新は,耐久性と効率性を向上させるための先進的な材料の使用,例えばランナーブレードのための新しい合金の開発を含む.計算流体力学 (CFD) は,タービンの水力性能を最適化するために設計プロセスでもより広く使用されています.

2 水力タービン技術の将来見通し

水力タービン技術の将来は,効率の向上,より変動する条件下で動作する能力,スマートグリッドシステムとの統合の向上を伴うかもしれません.水力発電による環境への影響の削減にも重点を置くことができる魚類に及ぼす影響を最小限に抑えるなど

結論

1 主要 な 点 の 概要

この 記事 は,フランシス 水力 タービン の 基本 原則, 部品, 設計, 動作, 適用, 利点, 欠点 を 扱っ て い ます.また,他の タービン タイプ と 比較 し て い ます.,メンテナンスとトラブルシューティングについて議論し,最近の進歩と将来の傾向について調べました.

2 再生可能 エネルギー に 関する フランシス タービン の 重要性

清潔なエネルギーへの需要が増加するにつれて,水源のエネルギー利用の信頼性と効率性によって,再生可能エネルギー発電において重要な役割を担っています.フランシス・タービン技術の継続的な研究開発は,より持続可能なエネルギー未来に貢献します.