Гидротурбины Фрeнсиса
Турбина Фрeнсиса - основной тип гидравлической турбины
Турбина Фрeнсиса - основной тип гидравлической турбины
Крупномасштабная установка турбины Фрeнсиса
Современное производство турбин Фрeнсиса
Современное производство турбин Фрeнсиса
Гидротурбина Фрeнсиса — это один из самых распространённых и универсальных типов гидротурбин, используемых для выработки электроэнергии на гидроэлектростанциях. Её отличительные особенности обусловлены уникальной конструкцией, принципом работы и возможностями адаптации к различным условиям эксплуатации. Ниже приведены основные характеристики, которые выделяют турбину Фрeнсиса среди других типов гидротурбин.
1. Определение и стандартизация
- Согласно ГОСТ 23956-80, Гидротурбина Фрэнсиса — это радиально-осевая гидравлическая турбина с криволинейными лопастями рабочего колеса
- Иностранные эквиваленты: Francis hydraulic turbine (англ.), Francis-Turbine (нем.), Turbine Francis (фр.)
2. Смешанный поток (Mixed-Flow Design)
Главная конструктивная особенность турбины Фрeнсиса — это смешанный поток воды:
- Вход воды происходит радиально (сбоку к оси вращения), а выход — аксиально (вдоль оси).
- Такой принцип отличается от импульсных турбин (например, Пелтона), где поток направлен тангенциально, и от турбин Каплана, где поток строго аксиальный.
- Смешанный поток позволяет эффективно преобразовывать как потенциальную (давление), так и кинетическую энергию воды в механическую энергию вращения.
3. Реакционный принцип работы
- Турбина Фрeнсиса относится к реакционным турбинам: энергия извлекается за счёт одновременного изменения давления и скорости воды при прохождении через рабочее колесо (runner).
- В отличие от импульсных турбин, где используется только кинетическая энергия струи, здесь задействованы оба компонента энергии потока.
4. Спиральная камера (Spiral Casing, Volute)
- Вода поступает в турбину через спиральную камеру, которая равномерно распределяет поток по всему периметру рабочего колеса.
- Сечение камеры постепенно уменьшается по мере продвижения воды, чтобы поддерживать постоянную скорость потока.
5. Регулируемые направляющие аппараты (Wicket Gates)
- Турбина оснащена регулируемыми направляющими лопатками (wicket gates), которые изменяют угол и объём поступающей воды.
- Это позволяет поддерживать высокую эффективность работы турбины при изменении расхода воды и нагрузки на генератор.
- Такая система регулирования выгодно отличает Френсис от турбин с фиксированной геометрией.
6. Рабочее колесо (Runner) особой формы
- Рабочее колесо турбины Фрeнсиса имеет сложную изогнутую форму лопаток, оптимизированную для смешанного потока.
- Лопатки изготавливаются из высокопрочной нержавеющей стали для противодействия высоким давлениям и кавитации.
7. Диффузор (Draft Tube)
- После выхода из рабочего колеса вода поступает в диффузор (draft tube), который расширяется и замедляет поток, позволяя дополнительно извлечь кинетическую энергию и повысить общий КПД установки.
- Это позволяет устанавливать турбину выше уровня нижнего бьефа (tailwater).
8. Универсальность и диапазон работы
- Турбина Фрeнсиса эффективна в широком диапазоне напоров (обычно 10–300 м, иногда до 600 м) и расходов воды.
- Благодаря этому она применяется на большинстве средненапорных и крупномасштабных ГЭС, а также в системах гидроаккумулирующих электростанций.
9. Сравнение с другими типами турбин
| Характеристика | Френсис | Пелтон | Каплан |
|---|---|---|---|
| Тип | Реакционная | Импульсная | Реакционная |
| Напор | Средний (10–300 м) | Высокий (>300 м) | Низкий (2–30 м) |
| Направление потока | Радиально-аксиальное | Тангенциальное | Аксиальное |
| Регулируемые лопатки | Да (направляющие) | Нет | Да (направляющие и рабочие) |
10. Краткое резюме
- Главная отличительная особенность гидротурбины Фрeнсиса — это её смешанный (радиально-аксиальный) поток воды через рабочее колесо, реакционный принцип работы, наличие регулируемых направляющих аппаратов и универсальность применения в широком диапазоне напоров и расходов.
- Эти конструктивные и эксплуатационные особенности делают турбину Фрeнсиса самой востребованной и универсальной для большинства гидроэлектростанций среднего и крупного масштаба.
Запросить расчет стоимости
Получите персональное предложение