Francis Hydro Turbine : 설계, 운영 및 응용 프로그램에 대한 포괄적 인 안내서

프랜시스 하이드로 터빈 소개

1 하이드로 터빈의 간단한 개요

하이드로 터빈은 흐름 또는 떨어지는 물의 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 기계이며, 이는 일반적으로 수력 발전소에서 전기 에너지로 변형됩니다. 하이드로 터빈에는 각각 특정 작동 조건에 적합합니다.

 

Francis Turbine은 중간 및 높은 헤드 (일반 헤드 범위는 20-300 미터) 및 중간 및 고 유량 수력 발전 시나리오에 적합합니다. 효율적이고 안정적인 성능으로 인해 중국의 3 개의 Gorges Hydropower Station과 같은 대형 수력 발전소이든, 일부 부대는 거대한 Francis Turbine 또는 많은 중소 규모의 수력 발전소를 사용하여 GRID에 대한 신뢰할 수있는 전력을 제공 할 수 있습니다.

2 프랜시스 터빈이란 무엇입니까?

프랜시스 터빈은 반응 터빈이며, 이는 작동 유체 (물)가 압력과 운동량의 변화에 ​​의해 러너 블레이드에 작용한다는 것을 의미합니다. 세계에서 가장 널리 사용되는 수력 터빈 중 하나입니다.

3 역사적 배경과 개발

프랜시스 터빈은 1840 년대 제임스 비 프랜시스 (James B. Francis)에 의해 개발되었습니다. 그 이후로 설계 및 성능이 지속적으로 개선되어 수력 발전에서 광범위한 헤드 및 흐름 조건에 적응했습니다.

기본 원리 및 구성 요소

1 프랜시스 터빈의 작동 원리

물은 나선형 케이싱을 통해 터빈으로 들어가 러너 주변의 물을 골고루 분배합니다. 가이드 Vanes/Wicket Gates는 물의 유량과 방향을 제어 한 다음 러너 블레이드를칩니다. 물이 러너 블레이드 위로 흐르면 토크를 부여하여 러너가 회전하게됩니다. 그런 다음 물은 드래프트 튜브를 통해 나가 물의 운동 에너지를 회복하는 데 도움이됩니다.

 

2 개의 주요 구성 요소가 설명되었습니다

나선형 케이스

나선 케이싱은 러너 주변의 물을 균일하고 효율적인 방식으로 분배하도록 설계되었습니다. 크로스 - 단면 면적은 원주를 따라 감소하여 러너에게 다가 갈 때 물의 일정한 속도를 유지합니다.

가이드 Vanes/개찰구 문

개찰구 게이트라고도하는 가이드 밴은 러너로 흐르는 물의 양을 제어하도록 조정할 수 있습니다. 또한 최대 효율을 위해 최적의 각도로 물을 러너 블레이드로 지시합니다.

달리는 사람

러너는 터빈의 회전 부분입니다. 흐르는 물에서 에너지를 추출하도록 설계된 일련의 곡선 블레이드로 구성됩니다. 러너 블레이드의 모양과 수는 터빈의 특정 작동 조건에 따라 신중하게 조작됩니다.

드래프트 튜브

드래프트 튜브는 러너의 출구에 설치된 발산 튜브입니다. 주요 기능은 러너를 떠나는 물 속도를 줄여서 운동 에너지의 일부를 회수하고 터빈의 전반적인 효율을 증가시키는 것입니다.

 

설계 및 구성

1 유압 설계 고려 사항

Francis Turbine의 유압 설계는 터빈 성분을 통해 물의 흐름을 최적화하는 데 중점을 둡니다. 여기에는 나선 케이싱의 모양, 가이드 베네, 러너 블레이드 및 드래프트 튜브의 모양을 결정하여 손실을 최소화하고 에너지 추출을 극대화하는 것이 포함됩니다. 헤드, 유량 및 필요한 전력 출력과 같은 요인은 유압 설계에서 중요합니다.

2 가지 기계 설계 측면

기계적 설계 측면에는 터빈 성분의 강도 및 내구성과 같은 고려 사항이 포함됩니다. 예를 들어, 러너는 높은 회전 속도와 흐르는 물에 의해 가해지는 힘을 견딜 수 있어야합니다. 베어링 및 샤프트는 회전 부품을지지하고 기계적 에너지를 효율적으로 전송하도록 설계되었습니다.

건축에 사용되는 3 가지 재료

프랜시스 터빈의 건축에 ​​사용되는 재료는 물과 지속적으로 접촉 할 때 부식이어야합니다. 스테인레스 스틸은 일반적으로 러너 및 기타 중요한 구성 요소에 사용됩니다. 나선형 케이싱은 강판으로 만들어 질 수 있으며, 초안 튜브는 터빈의 크기와 위치에 따라 콘크리트 또는 강철로 구성 될 수 있습니다.

 

메인 구조 자료 목록 :

터빈
나선형 케이스	Q235B ASTM A570GR과 유사합니다. 에이
스테이 링	Q235B ASTM A570GR과 유사합니다. 에이
달리는 사람	0cr13ni4mo ASTM CA6NM과 유사합니다
샤프트	45 ASTM 1450과 유사합니다
샤프트 슬리브	1cr18ni9ti ASTM 321과 유사합니다
베인 가이드	20SIMN DIN GS-20MN5와 유사합니다
베어링베이스	Q235B ASTM A570GR과 유사합니다. 에이
드래프트 튜브	Q235B ASTM A570GR과 유사합니다. 에이
헤드 커버	Q235B ASTM A570GR과 유사합니다. 에이
하단 반지	Q235B ASTM A570GR과 유사합니다. 에이

운영 및 성능

1 개의 다양한 하중 하에서 터빈 작동

Francis Turbines는 다양한 하중 조건 하에서 효율적으로 작동하도록 설계되었습니다. 가이드 밴은 물 흐름과 터빈의 전력 출력을 조절하도록 조정할 수 있습니다. 낮은 하중 조건에서 가이드 밴은 부분적으로 닫히므로 터빈을 통해 흐르는 물의 양이 줄어 듭니다.

2 효율성 및 성능 특성

프랜시스 터빈의 효율은 물의 에너지를 기계적 에너지로 얼마나 효과적으로 변환하는지의 척도입니다. 높은 효율 터빈은 96%이상의 값을 달성 할 수 있습니다. 성능 특성에는 전력 출력, 유량 및 헤드 간의 관계가 포함되며, 이는 성능 곡선으로 표시 될 수 있습니다.

터빈 성능에 영향을 미치는 3 가지 요인

수질, 구성 요소의 마모 및 제어 시스템의 정확도와 같은 요인은 터빈 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 물의 퇴적물은 러너 블레이드의 침식을 유발하여 시간이 지남에 따라 효율을 줄일 수 있습니다. 잘 관리되는 제어 시스템은 다양한 조건에서 최적의 작동을 보장하기 위해 필수적입니다.

응용 프로그램

1 수력 발전소에 사용

프랜시스 터빈은 전 세계 수력 발전소에서 널리 사용됩니다. 대형 규모 및 중간 규모의 발전에 적합합니다. 대규모 발전소에서는 높은 전기 수요를 충족시키기 위해 여러 프랜시스 터빈이 설치 될 수 있습니다.

2 적절한 헤드 및 흐름 조건

Francis Turbines는 중간 정도의 헤드 응용 분야에서 가장 효율적이며 일반적으로 20 ~ 300 미터 범위의 헤드가 있습니다. 또한 광범위한 유량을 처리 할 수있어 다양한 수력 전기 프로젝트의 경우 다재다능합니다.

장점과 단점

1 프랜시스 터빈 사용의 이점

프랜시스 터빈의 장점에는 광범위한 작동 조건에 대한 고효율, 다른 유량을 처리하는 능력 및 중간 헤드 응용에 대한 적합성이 포함됩니다. 또한 비교적 신뢰할 수 있으며 다른 터빈 유형에 비해 유지 보수가 적습니다.

2 가지 한계와 도전

제한 사항에는 일부 간단한 터빈 설계에 비해 초기 비용이 더 높아질 수 있습니다. 또한 수질에 민감하고 퇴적물 - 숙성 된 물은 침식 문제를 일으킬 수 있습니다. 또한 프랜시스 터빈의 설치 및 유지 보수에는 특수 기술과 장비가 필요할 수 있습니다.

다른 터빈 유형과 비교

1 프랜시스 대 펠튼 터빈

펠튼 터빈은 임펄스 터빈으로 반응 - 유형 프랜시스 터빈과 다릅니다. Pelton 터빈은 높은 헤드, 낮은 유량 적용에 더 적합한 반면 Francis Turbines는 중간 - 헤드, 중간 - ~ 높은 유량 조건에 더 좋습니다. 비교에는 효율성, 비용 및 설계 복잡성과 같은 측면이 포함될 수 있습니다.

2 프랜시스 대 카플란 터빈

Kaplan Turbine은 또한 반응 터빈이지만 낮은 헤드, 높은 유량 적용을 위해 설계되었습니다. Francis Turbines는 경우에 따라 Kaplan 터빈에 비해 더 컴팩트 한 설계를 가지고 있습니다. 둘 사이의 선택은 수력 전기 부위의 특정 헤드 및 흐름 특성에 따라 다릅니다.

3 특정 조건에 맞는 올바른 터빈 선택

수력 발전 프로젝트를위한 터빈을 선택할 때는 헤드, 유량, 비용, 효율성 및 환경 영향과 같은 요소를 고려해야합니다. 이러한 요소에 대한 자세한 분석은 프랜시스, 펠튼, 카플란 또는 기타 유형의 터빈이든 가장 적합한 터빈 유형을 선택하는 데 도움이 될 수 있습니다.

유지 보수 및 문제 해결

1 일반적인 유지 보수 절차

프랜시스 터빈의 일반적인 유지 보수 절차에는 마모를위한 구성 요소의 정기적 인 검사, 베어링의 윤활 및 터빈 내부 청소가 포함됩니다. 제어 시스템 모니터링 및 센서의 보정도 중요한 유지 보수 작업입니다.

2 일반적인 문제 문제 해결

일반적인 문제에는 진동, 비정상 소음 및 효율 감소가 포함될 수 있습니다. 문제 해결에는 구성 요소의 잘못 정렬, 손상된 러너 블레이드 또는 제어 시스템 문제로 인한 문제의 근본 원인을 식별하는 것이 포함됩니다. 문제를 해결하려면 결함이있는 구성 요소의 수리 또는 교체가 필요할 수 있습니다.

최근의 발전과 미래 추세

1 프랜시스 터빈 기술의 혁신

최근의 혁신에는 러너 블레이드에 대한 새로운 합금 개발과 같은 내구성과 효율성을 향상시키기 위해 고급 재료를 사용하는 것이 포함됩니다. CFD (Computational Fluid Dynamics)는 터빈의 유압 성능을 최적화하기 위해 설계 프로세스에서보다 광범위하게 사용되고 있습니다.

2 하이드로 터빈 기술에 대한 미래 전망

하이드로 터빈 기술의 미래에는 효율성이 향상되고, 가변적 인 조건에서 작동하는 능력, 스마트 그리드 시스템과의 통합이 증가 할 수 있습니다. 어류 개체군에 미치는 영향을 최소화하는 것과 같은 수력 발전의 환경 영향을 줄이는 데 중점을 둘 수도 있습니다.

결론

1 핵심 요점 요약

이 기사는 Francis Hydro 터빈의 기본 원칙, 구성 요소, 설계, 운영, 응용 프로그램, 장점 및 단점을 다루었습니다. 또한 다른 터빈 유형과 비교하고 유지 보수 및 문제 해결에 대해 논의했으며 최근의 발전과 미래 추세를 살펴 보았습니다.

2 재생 에너지에서 프랜시스 터빈의 중요성

프랜시스 터빈은 재생 에너지 생성에 중요한 역할을합니다. 물의 에너지를 활용하는 신뢰할 수 있고 효율적인 수단이기 때문입니다. 청정 에너지에 대한 수요가 증가함에 따라 Francis Turbine 기술의 지속적인 연구 및 개발은보다 지속 가능한 에너지 미래에 기여할 것입니다.