Hidroelektrik Santrallerinde Francis Türbinleri
Francis Türbinlerinden bahsetmeden ilk önce türbinlerin ne işe yaradığından bahsedelim.
Türbinler, akışkanın hidrolik enerjisini mekanik enerjiye çeviren makinelerdir. Basit olarak bir mil ve mil üzerindeki kanatçıklardan oluşurlar. Kullanılan akışkana göre türbinin yapısı değişmektedir. Genel olarak şu prensiple çalışırlar; Sistemdeki akışkan (su) türbinin kanatçıklarına çarparak türbin miline hareket verir, hareket milin çıkışında mekanik işe dönüşür ve mekanik işten jeneratörler vasıtasıyla elektrik üretilir. Hidroelektrik güç tesislerinde kullanılan türbinlere hidrolik türbinler veya su türbinleri adı verilir. Su türbinleri kullanım alanlarına, ürettikleri güce, güç üretme biçimlerine göre birçok şekilde sınıflandırılabilirler.
Şekil 1. Francis Türbin Kesiti
Türbinleri tiplerine göre ayırırsak, Francis türbinleri “Aksi Tesir Türbinleri (Reaksiyon Tipi)” içerisinde yar alır.Bu türbin tipini ilk kez 19. yüzyılda Amerikalı Howd ile Francis geliştirdiklerinden Francis adı verilmiştir. Francis türbinine su, yöneltici çarktan dönel çarka dıştan girip, çark kanatları boyunca aşağıya doğru giderek çarkı terk eder. Türbin tipi karşı basınçlıdır (Reaksiyon tipi).
Şekil 2. Francis Türbin Teknik Şeması
Francis tipi türbinleri 600 m düşüye kadar çalışırlar. Ve 500 MW’a kadar güç elde edilebilmektedir. Yurdumuzda Devlet Su İşlerinin denetiminde bulunan su türbini tesislerin büyük çoğunluğunda Francis tipi türbin kullanılmaktadır. Küçük güçlerde örnek olarak 200 kW’a kadar olan güçlerde ve 5 m düşüden daha az yerlerde kamara tipi denilen ve düşey eksenli Francis türbini kullanılır.
Francis tipi türbinler kullanım tipine göre ikiye ayrılır:
1) Yatay Eksenli
2) Düşey eksenli
Yatay eksenli türbinde türbin şaftı yere paraleldir. Düşey eksenli de ise 90 derece açık yapacak şekilde düşey şeklindedir.
Francis Türbinlerinde temel organlar akış yönü dikkate alınarak türbini teşkil eden çeşitli organlar aşağıdaki şekilde sıralanabilir:Santrale giriş vanası, Salyangoz, Ön dağıtıcılar, Dağıtıcı kanatları, Emniyet Bileycikleri, Türbin gövdesi, Çark Yayıcı, Boşaltma Kanalı’dır.
Şekil 3 : UHUD HES Yatay Eksenli Francis Türbini
Francis Türbininde SALYANGOZ
Suyun cebrî borudan dağıtıcı kanatlarına geçişini sağlayan, geometrik form itibarı ile, logaritmik spirali andıran organa, su makinalarında Salyangoz ismi verilmektedir. Türbinin diğer organları salyangozun içine yerleşeceklerinden, bir türbinin en büyük boyutları salyangoza aittir.Reaksiyon türbinlerinde salyangozun vazifesi, eşit basınç ve debi oranı ve hız şartları altında beslenebilmesini temin etmektedir. Türbinler için salyangozların model tecrübelerinin vereceği sonuçlara göre düzeltilmeleri gerekmektedir.Net düşünün takriben 4 ile 5 metrenin üstünde olduğu bütün reaksiyon türbinlerinde Salyangoz kullanılmaktadır.