Фрэнсис турбин: Энэ нь хэрхэн ажилладаг вэ, усан цахилгаан эрчим хүчний давуу талууд
Пендахулуан
Тогтвортой байдлыг нэмэгдүүлэх, чулуужсан түлшнээс хамаарлыг бууруулах дэлхийн хэмжээний хүчин чармайлтын хүрээнд сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэрүүд гол анхаарал хандуулж байна. Байгалийн нөөц бололцоог хамгийн сайн ашигладаг нэг сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэр бол усан цахилгаан станц юм. Энэхүү эрчим хүч нь цахилгаан үйлдвэрлэхийн тулд урсгал усны хүчийг ашигладаг. Усан цахилгаан үйлдвэрлэхэд ашигладаг янз бүрийн төрлийн турбинуудын дундаас Франсисын турбин нь хамгийн үр ашигтай, олон талын хэрэглээтэй турбинуудын нэг юм. Энэ нийтлэлд Франсисын турбин хэрхэн ажилладаг, усан цахилгаан станцын хувьд түүний давуу талуудын талаар авч үзэх болно.
Фрэнсис турбин гэж юу вэ?
Фрэнсис турбин нь усан цахилгаан станцуудад өргөн хэрэглэгддэг урвалын турбины нэг төрөл юм. Үүнийг 19-р зууны дунд үед зохион бүтээсэн зохион бүтээгч Жэймс Б. Фрэнсисийн нэрээр нэрлэжээ. Эдгээр турбинууд нь өндөр хурд, өндөр үр ашигтай байхаар бүтээгдсэн бөгөөд усны урсгалын олон янзын нөхцөлд ашиглах боломжийг олгодог.
Фрэнсис турбин хэрхэн ажилладаг вэ
Франсисын турбинууд нь уснаас үүсэх потенциал энергийг кинетик энерги болгон хувиргах, эцэст нь механик энерги болгон хувиргах зарчмаар ажилладаг бөгөөд үүнийг генераторыг эргүүлэхэд ашигладаг. Франсисын турбин хэрхэн ажилладаг талаар доор дэлгэрэнгүй тайлбарласан болно.
1. Усны хэрэглээ: Ус нь усан сан эсвэл голоос ус нь хаалттай хоолой гэж нэрлэгддэг том хоолой руу урсдаг. Хаалттай хоолой нь турбин руу чиглэсэн усны урсгалын хурдыг чиглүүлж, нэмэгдүүлэх үүрэгтэй.
2. Чиглүүлэгчийн сэнс: Дараа нь ус нь чиглүүлэгч сэнс буюу викет хаалга гэгддэг тохируулж болох чиглүүлэгч сэнсний цувралаар дамждаг. Эдгээр чиглүүлэгч сэнс нь турбин руу орж буй усны хэмжээг зохицуулж, турбины ир рүү оновчтой өнцгөөр чиглүүлдэг.
3. Гүйгч: Удирдах сэнсээр дамжин өнгөрсний дараа ус нь гүйгчтэй холбогдсон турбины ир рүү урсдаг. Гүйгч нь дугуй хэлбэртэй, хэд хэдэн муруй ир агуулсан турбины гол хэсэг юм. Ус эдгээр ирээр урсах үед усны потенциал ба кинетик энерги нь эргэлтийн хэлбэрээр механик энерги болж хувирдаг.
4. Үр ашиг ба кинетик энерги: Гүйгчээр урсах ус нь өндөр эргэлтийн хурдтай, маш сайн үр ашигтай байдлыг бий болгодог. Энэ эргэлтээс үүссэн кинетик энерги нь босоо амаар дамжин генератор руу шилждэг.
5. Генераторын хөтлөгч: Гүйлтийн эргэлтийг цахилгаан үүсгэдэг генераторыг хөдөлгөхөд ашигладаг. Энэ генератор нь механик энергийг цахилгаан энерги болгон хувиргадаг бөгөөд үүнийг хэрэглэгчдийн хэрэглээнд зориулж цахилгаан сүлжээгээр тарааж болно.
Барилга ба Дизайн
Фрэнсис турбинууд нь ерөнхийдөө гидравлик толгой болон урсгалын өргөн хүрээнд ажиллахаар бүтээгдсэн тул олон төрлийн хэрэглээнд маш уян хатан байдаг. Фрэнсис турбины зарим гол бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг энд оруулав.
– Бүрээс: Ихэвчлэн цутгамал төмөр эсвэл гангаар хийгдсэн тул бүрээс нь турбины бүх эд ангиудыг хамгаалж, дэмждэг.
– Гүйгч: Генераторыг ажиллуулахын тулд эргэлддэг турбины гол хэсэг.
– Чиглүүлэгчийн сэнс: Гүйгч рүү усны урсгалыг хянах тохируулгатай сэнс.
– Пенсток: Усан сангаас турбин руу өндөр даралттай ус зөөдөг том хоолой.
– Суурилуулах хоолой: Турбинээс гарах усны хурдыг бууруулж, үр ашгийг нэмэгдүүлэхэд туслах конус хэлбэрийн ус зайлуулах хоолой.
Фрэнсис Турбины давуу талууд
Усан цахилгаан станцуудад Фрэнсис турбиныг ашиглах нь бусад төрлийн турбинуудтай харьцуулахад хэд хэдэн чухал давуу талыг авчирдаг.
1. Өндөр үр ашиг: Франсис турбинууд нь өндөр үр ашигтайгаараа алдартай бөгөөд оновчтой нөхцөлд ихэвчлэн 90% ба түүнээс дээш түвшинд хүрдэг. Энэхүү өндөр үр ашиг нь унаж буй усны нэгж эзэлхүүн бүрээс илүү их энергийг цахилгаан болгон хувиргах боломжтой гэсэн үг юм.
2. Үйл ажиллагааны уян хатан байдал: Энэхүү турбин нь усны толгой болон урсгалын хурдны өргөн хүрээнд үр дүнтэй ажиллах боломжтой тул газарзүйн болон гидрологийн олон янзын нөхцөлд тохиромжтой. Өндөр усны толгой болон бага урсгалд хамгийн сайн тохирдог Пелтон турбин эсвэл бага усны толгойд тохирдог Каплан турбинаас ялгаатай нь Фрэнсис турбинууд хоёр нөхцөлд хоёуланд нь сайн ажиллах боломжтой.
3. Авсаархан ба бат бөх хийц: Фрэнсис турбины механик бүтэц нь маш авсаархан бөгөөд бат бөх тул угсралтыг хялбарчилж, засвар үйлчилгээг хялбар болгодог. Энэхүү авсаархан хийц нь барилга угсралт болон угсралтын зардлыг бууруулдаг.
4. Хувьсах ачааллын чадвар: Франсис турбинууд нь ачааллыг тохируулах маш сайн чадвартай. Энэ нь тэд цахилгаан эрчим хүчний гаралтыг сүлжээний эрэлтийн дагуу хурдан тохируулж, эрчим хүчний системийн илүү тогтвортой байдлыг хангаж чадна гэсэн үг юм.
5. Бат бөх чанар ба найдвартай байдал: Франсис турбины эд ангиудыг ихэвчлэн зэврэлт болон элэгдэлд тэсвэртэй өндөр чанартай материалаар хийдэг. Энэ нь удаан хугацааны ашиглалтын хугацаа болон хамгийн бага засвар үйлчилгээний шаардлагыг хангадаг.
6. Байгаль орчинд ээлтэй: Өндөр үр ашигтайгаас гадна усан цахилгаан станцуудад Фрэнсис турбинуудыг ашиглах нь ашиглалтын явцад хүлэмжийн хий ялгаруулдаггүй тул нүүрстөрөгчийн ялгарлыг мэдэгдэхүйц бууруулдаг. Энэ нь чулуужсан түлшээр ажилладаг цахилгаан станцуудтай харьцуулахад байгаль орчинд ээлтэй сонголт болгодог.
Кейс судалгаа: Фрэнсис Турбины хэрэглээ
Фрэнсис турбинуудыг жижиг хэмжээний цахилгаан станцаас эхлээд мега төслүүд хүртэл янз бүрийн хэмжээнд ашиглаж болно. Том хэмжээний хэрэглээний нэг жишээ бол дэлхийн хамгийн том усан цахилгаан станцуудын нэг болох Хятад дахь Гурван хавцлын усан цахилгаан станц (УЦС) юм. Энэхүү усан цахилгаан станц нь олон тооны Фрэнсис турбинуудыг ашигладаг бөгөөд нийт 22,500 МВт хүчин чадалтай болоход чухал хувь нэмэр оруулдаг.
Сорилтууд ба шийдлүүд
Олон давуу талтай хэдий ч Фрэнсис Турбин нь хэд хэдэн техникийн бэрхшээлтэй тулгардаг:
1. Элэгдэл ба зэврэлт: Янз бүрийн усны нөхцөлд тасралтгүй ажиллах нь турбины эд ангиудад элэгдэл, зэврэлт үүсгэж болзошгүй. Шийдэл нь эдгээр нөхцөлд илүү тэсвэртэй материалыг ашиглах, тусгай хамгаалалтын бүрхүүл түрхэх явдал юм.
2. Тунадасны тунадасжилт: Хашаа болон гүйгч хэсэгт тунадасны тунадас хуримтлагдах нь үйл ажиллагааны үр ашгийг бууруулж болзошгүй. Энэ асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд үр дүнтэй тунадасжуулах, шүүх системийг зохион бүтээх, мөн тогтмол цэвэрлэгээ хийх шаардлагатай.
3. Анхны өндөр хөрөнгө оруулалт: Франсисын турбинтай усан цахилгаан станц барихад анхны ихээхэн хөрөнгө оруулалт шаардлагатай. Гэсэн хэдий ч энэ зардлыг ашиглалтын бага зардал болон байгууламжийн урт хугацааны ашиглалтын хугацаагаар нөхдөг.
Дүгнэлт
Фрэнсис турбинууд нь тогтвортой усан цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд гол үүрэг гүйцэтгэдэг. Өндөр үр ашигтай, үйл ажиллагааны уян хатан байдал, хувьсах усны даралт болон урсгалыг зохицуулах чадвартай тул Фрэнсис турбинууд нь усан цахилгаан станцын өргөн хүрээний хэрэглээнд тохиромжтой шийдэл юм. Үйл ажиллагааны бэрхшээлүүд болон анхны өндөр хөрөнгө оруулалтыг зохих төлөвлөлт, менежментийн тусламжтайгаар даван туулж болох бөгөөд энэ нь нүүрстөрөгчийн ялгарлыг бууруулах, эрчим хүчний тогтвортой байдлыг сайжруулах дэлхийн хүчин чармайлтад урт хугацааны үнэ цэнэтэй хөрөнгө оруулалт болдог. Цаг хугацаагаар туршсан технологи болохын хувьд Фрэнсис турбинууд нь илүү ногоон эрчим хүчний ирээдүйг эрэлхийлэхэд найдвартай, үр ашигтай шийдлийг санал болгосоор байна.
