Kas ir Franciska turbīna?

Mašīnu 1849. gadā izgudroja amerikāņu zinātnieks Džeimss Frensiss, kura vārdā mašīna ir nosaukta. Viņš veica plašus eksperimentus par ūdens turbīnu konstrukciju. Viņa atklājumi ļāva viņam uzlabot esošo iekšējās plūsmas reakcijas turbīnu, palielinot tās efektivitāti līdz vairāk nekā 90%. Tā ir visefektīvākā ūdens turbīna pasaulē, un tā ir arī visplašāk izmantotā.

Franciska standarta turbīnas konstrukcijas modifikācijā tika izmantots mainīgs ūdens spiediens un leņķiskā impulsa saglabāšanas likums. Ūdens turbīnā iekļūst no augstspiediena avota un plūst pa spirāli ar pakāpeniski sarūkošu rādiusu, izraisot tā spiediena un leņķiskā impulsa pazemināšanos un ātruma palielināšanos. Ātri kustīgais ūdens griež skrējēju ar arvien lielāku spēku, kad tas tuvojas centram, uztverot ūdens enerģiju ar maziem atkritumiem. Pēc tam ūdens izplūst no skrējēja un iziet caur cauruli, kas paredzēta, lai palēninātu ūdens atgriešanos. Tas ļauj saudzīgi, bez pārmērīgas straumes un virpuļiem, atgriezt ūdeni atpakaļ tā avotā.

Papildus neticamai efektivitātei Francis turbīna ir populāra tās daudzpusības dēļ. Regulējamas virzošās lāpstiņas regulē ienākošā ūdens plūsmu, saglabājot skrējiena ātrumu un līdz ar to arī jaudu nemainīgu neatkarīgi no avota ūdens plūsmas ātruma izmaiņām. Hidrauliskā “galva” ir šķidruma enerģijas mērs uz svara vienību, un Francis turbīnu var konstruēt tā, lai tā darbotos aptuveni 10 līdz 700 metru augstuma diapazonā. Tas var arī ražot jaudu plašā diapazonā no dažiem kilovatiem līdz gandrīz gigavatam.

Atšķirībā no vecmodīga ūdensrata, Franciska turbīnas ass ir vertikāla. Skatoties no augšas vai horizontālā šķērsgriezumā, iekārta nedaudz atgādina gliemežvāku. Papildus enerģijas ražošanai šāda veida turbīnu var izmantot arī ūdens sūknēšanai rezervuāros augstākā augstumā, kur to vēlāk var novirzīt atpakaļ caur turbīnu, lai iegūtu vairāk elektroenerģijas.