फ्रान्सिस टर्बाइन

फ्रान्सिस टर्बाइन एक प्रकारको जल टर्बाइन हो। यो एक भित्री-प्रवाह प्रतिक्रिया टर्बाइन हो जसले रेडियल र एक्सियल प्रवाह अवधारणाहरूलाई संयोजन गर्दछ। फ्रान्सिस टर्बाइन आज प्रयोगमा सबैभन्दा प्रचलित जल टर्बाइन हो, र ९५% भन्दा बढी कार्यदक्षता हासिल गर्न सक्छन्।

आधुनिक फ्रान्सिस रनर डिजाइनमा पुग्ने प्रक्रिया १८४८ देखि लगभग १९२० सम्म लाग्यो।  सन् १९२० को आसपास यो फ्रान्सिस टर्बाइनको रूपमा परिचित भयो, ब्रिटिस-अमेरिकी इन्जिनियर जेम्स बी. फ्रान्सिसको नामबाट नामकरण गरिएको थियो जसले १८४८ मा नयाँ टर्बाइन डिजाइन गरेका थिए। 

फ्रान्सिस टर्बाइनहरू मुख्यतया बिजुली उत्पादन गर्न प्रयोग गरिन्छ। विद्युतीय जेनेरेटरको विद्युत उत्पादन सामान्यतया केही किलोवाट देखि १००० मेगावाटसम्म हुन्छ, यद्यपि साना-हाइड्रो स्थापनाहरू कम हुन सक्छन्। हेडको उँचाइ   सबैभन्दा राम्रो प्रदर्शन तब देखिन्छ । पेनस्टक व्यास १ - १० मी. (३.३ -३२.८ फीट)   को बिचमा हुन्छ। विभिन्न टर्बाइन एकाइहरूको गति ७० देखि १००० आरपिएम हुन्छ। 

टर्बाइन घुम्ने रनरको बाहिरी भागको वरिपरि रहेको विकेट गेट विभिन्न विद्युत उत्पादन दरहरूका लागि टर्बाइनबाट पानी बग्ने दरलाई नियन्त्रण गर्दछ। फ्रान्सिस टर्बाइनहरू सामान्यतया जेनेरेटरबाट पानी अलग गर्न ठाडो शाफ्टमा माउन्ट गरिन्छ। यसले स्थापना र मर्मतसम्भारलाई पनि सुविधा दिन्छ ।

 विकास 
बायाँ|अङ्गुठाकार|फ्रान्सिस टर्बाइन पार्ट्स
अङ्गुठाकार|फ्रान्सिस रनर, ग्रान्ड कुली ड्यामग्रान्ड कुली बाँध
विभिन्न प्रकारका पानीका चक्काहरू १,००० वर्षभन्दा बढी समयदेखि सबै प्रकारका मिलहरूमा प्रयोग हुँदै आएका छन्, तर तिनीहरू अपेक्षाकृत असक्षम थिए। उन्नाइसौँ शताब्दीको दक्षता सुधारहरूले  पानी शक्ति उपलब्ध भएको स्थानमा जल टर्बाइनहरूसँग   स्टीम इन्जिनहरू प्रतिस्पर्धा गर्न सक्षम भए। १८०० को दशकको उत्तरार्धमा विद्युतीय जेनेरेटरहरू विकसित भएपछि, टर्बाइनहरू जेनेरेटर शक्तिको प्राकृतिक स्रोत थिए जहाँ सम्भावित जलविद्युत स्रोतहरू अवस्थित थिए।

सन् १८२६ मा फ्रान्सेली इन्जिनियर बेनोइट फोरनेरोन उच्च दक्षता (८०%) को बाहिरी प्रवाह पानी टर्बाइन विकास गरे। अर्का फ्रान्सेली इन्जिनियर, जीन-भिक्टर पोन्सलेटले लगभग १८२० मा भित्री-प्रवाह टर्बाइन डिजाइन गरे जसले समान सिद्धान्तहरू प्रयोग गऱ्यो। एस. बी. हाउडले सन् १८३८ मा यस्तै डिजाइनका लागि अमेरिकी पेटेन्ट प्राप्त गरे।

सन् १८४८मा जेम्स बी फ्रान्सिसले पानी-चक्काबाट संचालित कपडा कारखाना शहर लोवेल, म्यासाचुसेट्समा लक र नहर कम्पनी प्रमुख इन्जिनियरको रूपमा काम गर्दा अधिक कुशल टर्बाइनहरू सिर्जना गर्न यी डिजाइनहरूमा सुधार गरे। 

उनले धेरै कुशल टर्बाइन डिजाइन उत्पादन गर्न वैज्ञानिक सिद्धान्तहरू र परीक्षण विधिहरू लागू गरे। अझ महत्त्वपूर्ण कुरा, उनको गणितीय र ग्राफिकल गणना विधिहरूले टर्बाइन डिजाइन र इन्जिनियरिङमा सुधार ल्यायो। 

उनको विश्लेषणात्मक विधिहरूले उच्च-दक्षता टर्बाइनहरूको डिजाइन साइटको पानीको प्रवाह र दबाबसँग ठीकसँग गर्न सम्भव भयो।

 पुर्जाहरू 

 सञ्चालनको सिद्धान्त 
अङ्गुठाकार|थ्री गोर्जेस ड्याम फ्रान्सिस टर्बाइन धावक, याङ्जी नदी, चिनमा
फ्रान्सिस टर्बाइन एक प्रकारको प्रतिक्रिया टर्बाइन हो, यस प्रकारको टर्बाइमा कार्यकारी तरल पदार्थ अत्यधिक दबाब र ऊर्जामा टर्बाइनमा आउँछ र टर्बाइन ब्लेडहरूद्वारा कार्यकारी तरलबाट र ऊर्जा निकालिन्छ। ऊर्जाको केही भाग तरल पदार्थले टर्बाइनको ब्लेडमा हुने दबाब परिवर्तनका कारण छोड्छ। 

बाहिर निस्कँदा, पानीको गति कम हुन्छ र धेरै कम गतिज वा सम्भावित ऊर्जा बाँकी रहन्छ। टर्बाइनको निकास ट्यूबलाई पानीको प्रवाहलाई कम गर्न र दबाब पुनः प्राप्त गर्न मद्दतको लागि आकार दिइएको छ।

 प्रयोग 
अङ्गुठाकार|सानो स्विस-निर्मित फ्रान्सिस टर्बाइन
फ्रान्सिस टर्बाइनहरू हेड र फ्लोहरूको फराकिलो दायराका लागि डिजाइन गर्न सकिन्छ। यो बहुमुखी गुण र यसको उच्च दक्षताले, फ्रान्सिस टर्बाइन संसारमा सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग हुने टर्बाइन बनेको छ। फ्रान्सिस प्रकारका एकाइहरूले  सम्मको हेड रेन्ज कभर गर्छन् र तिनीहरूको जडित जेनेरेटर आउटपुट पावर केही किलोवाटदेखि १००० मेगावाटसम्म हुन हुन्छ। ठूला फ्रान्सिस टर्बाइनहरू प्रत्येक परियोजनाको लागि उपलब्ध  पानीको प्रवाह र पानीको हेडको उच्चतम दक्षतामा सञ्चालन गर्न, सामान्यतया ९०% भन्दा बढी (९९% सम्म) डिजाइन गरिन्छ   ।L. Suo, ... H. Xie, in Comprehensive Renewable Energy, 2012

पेल्टन टर्बाइन को विपरीत, फ्रान्सिस टर्बाइन सबै समयमा पूर्ण रूपमा पानीले भरिएको रूपमा सञ्चालन हुन्छ। टर्बाइन र आउटलेट च्यानललाई ताल वा समुद्री सतहभन्दा बाहिर तल राख्न सकिन्छ, जसले खिइन र क्षति हुन कम गर्दछ।

सन्दर्भ सामग्रीहरू

श्रेणी:टर्बाइन