Francisova turbina

ilustracija
FRANCISOVA TURBINA

Francisova turbina [fræ'nsis~], vrsta pretlačne radijalne vodne turbine. Izumio ju je američki inženjer James Bicheno Francis (1815–92). Veličina aktivne zakretne sile na radno kolo ovisi o promjeni količine gibanja vode, tlačnoj razlici, Coriolisovu ubrzanju, centrifugalnom ubrzanju i dr. Utjecaj svakog od tih činitelja na zakretnu silu mijenja se sa specifičnom brzinom vrtnje, odnosno određuje stupanj reakcije turbine.

Voda se dovodi tlačnim cjevovodom i jednolično se raspoređuje po obodu radnoga kola s pomoću spiralnoga kanala. Zakretanjem statorskih lopatica mijenja se protok kroz turbinu (regulacija snage). Posljedica zakretanja statorskih lopatica promjena je kuta nastrujavanja na lopatice radnoga kola, što uzrokuje znatne hidrodinamičke gubitke. Zbog toga Francisova turbina mora raditi približno u svojem proračunskom režimu rada, pa se smatra da ta turbina ima loša regulacijska svojstva. U radno kolo, koje se sastoji od niza nepokretnih (fiksnih) lopatica, voda uzlazi radijalno, a izlazi aksijalno i kroz difuzor se odvodi u odvodni kanal turbine (donja razina vode). Uporabom difuzora smanjuju se izlazni gubitci turbine, koji su povezani s kinetičkom energijom vode. U neproračunskom (neoptimalnom) režimu rada česte su pulsacije tlaka iza radnoga kola, koje se mogu ublažiti dovodom zraka na ulazu u difuzor.

Francisova turbina obično ima okomito vratilo. Turbina s vodoravnim vratilom prikladna je samo za manje snage jer je za nju potrebno ugraditi skretno koljeno ispred difuzora, što pak traži postavljanje turbine visoko iznad donje razine vode, pa turbina može doći u nepovoljno kavitacijsko područje rada. Jedna od najvećih Francisovih turbina ima masu radnoga kola 500 t, promjer kola 9,5 m, brzinu vrtnje 85,7 min–1, a ugrađena je 1942. u hidroelektranu Grand Coulee (SAD). Njoj je ravna i novija turbina u Itaipuu (Brazil) sa snagom 750 MW, neto-padom 112,9 m, brzinom vrtnje 90 min–1 i masom kola 300 t.

Francisova turbina. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 24.2.2020. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=20376>.