Budowa turbiny Francisa
Najważniejsze elementy z których zbudowana jest turbina Francisa to:
- Kierownica – regulacja dopływu wody do wirnika. Składa z opływowych łopatek, umieszczonych dookoła wirnika. Można je obracać wokół swych osi, regulując w ten sposób strumień wody i kierunki przepływu.
- Wirnik – zamiana energii wody na energię mechaniczną. Jest zbudowany z stalowych łopatek zakrzywionych przestrzennie, umieszczonych w dwóch wieńcach. Nie ma możliwości regulacji łopatek wirnika.
- Rura ssąca – wytwarza się podciśnienie w rurze (dyfuzor), co powoduje, iż rura zasysa wodę z wirnika, który na wlocie ma nadciśnienie.
- Obudowa spiralna (opcjonalnie) – specjalnie uformowana w kształcie spiralnym, która doprowadza wodę do kierownicy, nadając jej odpowiedni kręt.
Zasada działania
Turbina Francisa jest umieszczona pomiędzy zbiornikiem wodnym o wyższym poziomie, a zbiornikiem o niższym poziomie wody. Odpowiednio ukierunowana woda (np. za pomocą rurociągu) trafia do specjalnie ukształtowanej spirali, a następnie do kierownic. Regulowany układ kierownic powoduje nadanie przepływowi wody właściwy kierunek w stosunku do łopatek wirnika, zwiększając jednocześnie prędkość i kręt.
Zasada działania turbiny Francisa
Energia statyczna ciśnienia wody w wirniku jest przetwarzana na pracę mechaniczną w wyniku działaniu sił hydromechanicznych, które wywoływane są siłą naporu wody (lista firm zajmująca się turbinami Francisa). Następnie woda trafia do rury ssącej, która podwyższa sprawność całego układu za pomocą podciśnienia. Do utrzymywania stałej prędkości obrotowej wirnika przy zmieniającym się spadzie i obciążeniu, stosuje się automatyczny regulator natężenia przepływu wody (poprzez automatyczne obracanie łopatek kierownicy).
Najważniejszą zaletą turbiny Francisa jest możliwość stosowania jej w wielu rodzajach układów konstrukcyjnych, dostosowanych do występujących warunków. Turbiny Francisa o wałach pionowych stosuje się przede wszystkim przy mniejszych spadach, a turbiny o wałach poziomych spotyka się najczęściej przy większych spadach. Aktualnie turbiny tego typu najczęściej instaluje się na spadach 25 - 400 m (w zależności od kształtu i wyróżnika szybkobieżności te wartości mogą się zmieniać).
Przykładowe elektrownie wodne w Polsce z turbiną Francisa:
- EW Porąbka (12,6 MW)
- EW Pilchowice 1 (13,36 MW)
- EW Gródek (3,5 MW)
- EW Bielkowe (7,2 MW)
- EW Rejowice (2 MW)
