A Francis turbina egy „reakció” típusú hidraulikus turbina . Alkalmas közepes zuhanásmagassághoz (30-300 méter), közepes vagy nagy teljesítményhez és áramláshoz (például az Itaipu-gát ): néhány kilowattól több száz megawattig 10-700 m 3 / s áramlással .
A Francis turbina olyan turbina, amelyben a folyadék nagy nyomás alatt belép, és energiáját a rotorral integrált lapátokba továbbítja. Az energia egy részét a nyomóváltozás miatt a lapátokon lévő folyadék továbbítja, míg a maradék energiát a turbinát körülvevő spirál veszi ki. A kimenetnél a folyadéknak alacsony a sebessége és kevés az energiája. A kimeneti cső alakja úgy van kialakítva, hogy lassítsa a folyadékot és nyomás alatt visszahozza.
A Francis turbinák szokásos jellemzői a következők:
A Francis turbina által elért legnagyobb teljesítmény 800 MW . Az Alstom gyártja . Az átmérője 10 méter, és egyenként 450 tonna, hogy ellátják a Három-szoros gát , a Yangzi Jiang folyó , a kínai , és újabban a Xiangjiaba Dam , ugyanazon a folyón.
Ezt a rendszert a francia Jean-Victor Poncelet javasolta az 1820-as évek végén . A 1826 , a francia feltaláló és iparos Benoît FOURNEYRON javult a rendszer hatékonyságának növelése révén (80%) módosításával a forgalomban a víz, irányítja azt sugárirányban halad át a kerék.
Az Egyesült Államokban , az 1838 -ben a rendszert szabadalmaztatott az észak-amerikai Samuel B. Howd , majd népszerűsítették az angol-amerikai James B. Ferenc , akinek a nevét viseli. Ő telepítette az első turbinát 1848 a vízerőmű Pawtucket Gatehouse (in) a Lowell a Massachusetts . Az 1860-as években , ez a turbina kezdte kiszorítani a vízi kereket .
A 1918 , A Chappes papír malom volt ellátva Francis „ Singrün ” típusú turbina ami működött, amíg 2004 . Ugyanebben az évben, az ilyen típusú turbina használták a Vernes erőmű a Livet-et-Gavet . Ez az üzem ma történelmi emlékműnek minősül .
A Kanadában , ez a legszélesebb körben használt turbina Hydro-Québec féle generációs flotta .
A Pawtucket Gatehouse, az első Francis turbinagyár, amelyet 1848-ban telepített James Bicheno Francis, Lowell, Massachusetts
A svájci gyártmányú Francis Turbine Zürichben
Francis turbina a Grand Coulee gátról
Egy régi Francis turbina lebontása, 1918-ból származik
Az első Bergerac vízerőmű 1892-ben üzembe helyezett Francis turbinája .
Franciaország legerősebbje a Pouget erőműnél található : egy 286 MW-os Francis turbina egy 275 MVA- os generátorhoz kapcsolva , 444 méter fej alatt.
Az áramlás szabályozása történik szintjén a forgalmazó által a tájékozódás a terelõlapáttal (angolul terelõlapáttal ) tekintetében a rögzített lapátok vagy lapáttal (angolul tartózkodás lapátok ) található a járókerék (angolul futó ). Ezek a turbina elengedhetetlen elemei, amelyek lehetővé teszik az áramlás energiájának megfelelő átadását a járókerékre, elkerülve ugyanakkor a kavitáció pusztító jelenségének megjelenését .
A Francis turbina keresztmetszete: folyadékkeringés, radiális bemenet, axiális kimenet
Irányelvek, minimális áramlási helyzetben
Irányelvek, maximális áramlási helyzetben
A kavitáció jelensége a pengék korai erózióját okozhatja az élen. A kavitáció a turbina hatékonyságának vagy az elnyelt magasságnak a csökkenését és a mechanikai szerkezeten fellépő rezgések megjelenését okozza, intenzív zaj kíséretében. Ez a jelenség megkövetelheti a turbina leállítását, valamint a nagy karbantartási és javítási munkákat, amelyek jelentős gazdasági következményekkel járhatnak (gyártás leállítása, helyszíni karbantartási költségek vagy súlyos javítás a műhelyben stb.)
Francis turbina 1956-ból, a kavitáció által erodált lapátok élei
A kavitáció által erodált lapátos Francis turbina a korábbi javítások után rozsdamentes acél hozzáadásával és hegesztésével
A francia erőművek hidraulikus berendezései, amelyeket az állam az EDF-nek vagy leányvállalatainak adományoz , 447 vízerőműben van jelen. Különösen vannak Francis turbinák és alkatrészeik (rotorok, lapátok, szelepek, csapok, csapágyak stb.). Ezen erőművek hidraulikus berendezéseivel kapcsolatos összes elemet egy belső EDF egység, a Hidraulikus Javító Szolgálat szervizeli és karbantartja , amely fémfelület-műveleteket végez hegesztéssel, csiszolással az alakításhoz (műhelyben vagy a helyszínen), valamint megmunkálási munka.