Turbina Francisa

Francis turbiny jest „reakcja” typu turbiny hydrauliczne . Nadaje się do średnich wysokości spadania (od 30 do 300 metrów), dla średnich lub dużych mocy i przepływów (takich jak zapora Itaipu ): od kilku kilowatów do kilkuset megawatów przy przepływach od 10 do 700  m 3 / s.

Zasada działania

Turbina Francisa to turbina, w której płyn wchodzi pod dużym ciśnieniem i przekazuje swoją energię do łopatek integralnych z wirnikiem. Część energii jest przekazywana przez płyn na łopatki w wyniku zmiany ciśnienia, podczas gdy reszta energii jest pobierana przez spiralę otaczającą turbinę. Na wylocie płyn ma małą prędkość i małą energię. Kształt rury wylotowej ma na celu spowolnienie płynu i podniesienie ciśnienia.

Charakterystyka

Typowe cechy turbin Francisa są następujące:

Najwyższa moc osiągnięta przez turbinę Francisa to 800  MW . Jest produkowany przez Alstom . O średnicy 10 metrów i wadze 450 ton każda, wyposażają tamę Trzech Przełomów na rzece Yangzi Jiang w Chinach , a ostatnio zaporę Xiangjiaba na tej samej rzece.

Historia

System ten został zaproponowany przez francuskiego Jean-Victora Ponceleta pod koniec lat 20. XIX wieku . W 1826 roku francuski wynalazca i przemysłowiec Benoît Fourneyron ulepszył system, zwiększając wydajność (80%) poprzez modyfikację obiegu wody, kierując ją promieniowo przez koło.

W Stanach Zjednoczonych , w 1838 roku , system ten został opatentowany przez Amerykanina Samuela B. Howda , a następnie spopularyzowany przez Anglo-Amerykanina Jamesa B. Francisa , którego imię nosi. Zainstalował swoją pierwszą turbinę w 1848 roku w elektrowni wodnej Pawtucket Gatehouse  (w) w Lowell w Massachusetts . W latach 60. XIX wieku turbina ta zaczęła wypierać koło wodne .

W 1918 roku papiernia Chappes została wyposażona w turbinę typu Francisa „  Singrün  ”, która działała do 2004 roku . W tym samym roku turbina tego typu została zastosowana w elektrowni Vernes w Livet-et-Gavet . Roślina ta jest obecnie klasyfikowana jako zabytek historyczny .

W Kanadzie jest to najczęściej stosowana turbina we flocie wytwórczej Hydro-Québec .

Najpotężniejszy we Francji znajduje się w elektrowni Pouget  : turbina Francisa o mocy 286  MW sprzężona z alternatorem o mocy 275 MVA, poniżej 444 metrów spadu.

Kontrola przepływu

Kontrola przepływu odbywa się na poziomie dystrybutora przez ustawienie łopatek prowadzących (po angielsku kierownic ) w odniesieniu do nieruchomej łopatek albo skrzydełek (po angielsku pobytu łopatkami ) umieszczonych na wirniku (j wirnika ). Są to niezbędne elementy turbiny, które pozwalają na właściwe przeniesienie energii przepływu na wirnik, unikając przy tym pojawienia się destrukcyjnego zjawiska kawitacji .

Zjawisko kawitacji

Zjawisko kawitacji może powodować przedwczesną erozję łopatek na krawędzi natarcia. Kawitacja powoduje spadek sprawności turbiny lub pochłoniętej wysokości oraz pojawienie się drgań na konstrukcji mechanicznej, którym towarzyszy intensywny hałas. Zjawisko to może wymagać zatrzymania turbiny i ciężkich prac konserwacyjno-remontowych, co prowadzi do znacznych konsekwencji ekonomicznych (przestój produkcji, koszty utrzymania na miejscu lub ciężka naprawa w warsztacie itp.)

Konserwacja hydrauliczna

Wyposażenie hydrauliczne francuskich elektrowni, przyznane przez państwo EDF lub jej spółkom zależnym, jest obecne w 447 elektrowniach wodnych. W szczególności są to turbiny Francisa i ich elementy (wirniki, łopatki, zawory, kurki, łożyska itp.). Wszystkie elementy związane z urządzeniami hydraulicznymi tych elektrowni są serwisowane i konserwowane przez wewnętrzny zespół EDF, Hydrauliczny Serwis Naprawczy , który wykonuje operacje napawania metali metodą spawania, szlifowania w celu przekształcenia (w warsztacie lub na budowie) oraz obróbka skrawaniem.

Uwagi i referencje

Uwagi

  1. Patrz dokument odniesienia, z Działu Napraw Hydraulicznych EDF, na stronie 4: turbiny obsługiwane przez SRH
  2. Ostrze ma dwie strony: górną i dolną powierzchnię , jak skrzydło samolotu. Woda spływająca szybciej przy górnej powierzchni powoduje podciśnienie, które generuje moment obrotowy silnika. Krawędź wyjściowa łopatki nazywana jest krawędzią spływu, podczas gdy krawędź wejściowa łopatki nazywana jest krawędzią natarcia.

Bibliografia

  1. (w) World News (WN) Network, „  Francis turbineté  ” na wn.com ,25 lipca 2013 r.(dostęp 19 września 2015 )
  2. [PDF] „ Z  czego zrobiona jest turbina Francisa?  » , Na angelfire.com (dostęp 28 września 2015 ) .
  3. [PDF] Gino Blommaert - Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, „  Praca doktorska: Badanie dynamicznego zachowania turbin Francisa: aktywna kontrola ich stabilności operacyjnej  ” , na epfl.ch ,2000(dostęp 7 września 2015 r . ) .
  4. Alstom , „  Francis hydroelectric turbines  ” na stronie alstom.com (dostęp 27 września 2015 r . ) .
  5. [PDF] (w) Alstom, „  Xiang Jia Ba, Francis Hydro Power Plant  ” na stronie alstom.com (dostęp 27 września 2015 r . ) .
  6. . Hydro-Québec , "  Turbine Francis  " , na hydroquebec.com ,4 listopada 2011(dostęp 22 września 2015 r . ) .
  7. Tpebarrages, „  Reakcyjne turbiny Franciszka turbiny  ” na jimdo.com (dostęp 22 września 2015 r . ) .
  8. (w) R. Dadfar, B. Firoozabadi G. Ahmadi Sharif University of Technology , „  Wpływ różnych konfiguracji to trójwymiarowa analiza przepływu przez łopatki zatrzymujące i przewodnik po turbinie Francisa  ” na stronie sid.ir ,grudzień 2010(dostęp 26 września 2015 r . ) .
  9. (w) Paul Bourdon - Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, „  Vibration Detection of cavitation erosion of Francis turbines: Doctoral thesis  ” na epfl.ch , 2000 (dostęp 15 grudnia 2015 ) .
  10. [PDF] EDF - SRH, "  Usługa naprawy hydraulicznej (SRH) EDF  " , na edf.com ,26 listopada 2014(dostęp 19 września 2015 r . ) .

Załączniki

Powiązane artykuły

Linki zewnętrzne