Вадзяная турбіна, найбольш распаўсюджанымі з якіх з'яўляюцца турбіны Каплана, Пельтана і Фрэнсіса, — гэта вялікая ратацыйная машына, якая пераўтварае кінетычную і патэнцыяльную энергію ў гідраэлектрычнасць. Гэтыя сучасныя эквіваленты вадзянога кола выкарыстоўваюцца больш за 135 гадоў для прамысловай вытворчасці электраэнергіі, а ў апошні час і для вытворчасці гідраэнергіі.
Для чаго сёння выкарыстоўваюцца вадзяныя турбіны?
Сёння гідраэнергетыка складае 16% ад сусветнай вытворчасці электраэнергіі. У 19 стагоддзі водныя турбіны пераважна выкарыстоўваліся для вытворчасці электраэнергіі ў прамысловасці, перш чым электрычныя сеткі атрымалі шырокае распаўсюджванне. У цяперашні час яны выкарыстоўваюцца для вытворчасці электраэнергіі і могуць быць знойдзены ў плацінах або ў раёнах з моцным патокам вады.
З улікам хуткага росту глабальнага попыту на энергію і такіх фактараў, як змяненне клімату і вычарпанне выкапнёвага паліва, гідраэлектрыка мае патэнцыял аказаць вялікі ўплыў як форма зялёнай энергіі ў сусветным маштабе. Паколькі пошук экалагічна чыстых і чыстых крыніц энергіі працягваецца, турбіны Фрэнсіса могуць аказацца вельмі папулярным і ўсё больш прымальным рашэннем у бліжэйшыя гады.
Як вадзяныя турбіны выпрацоўваюць электрычнасць?
Ціск вады, які ствараецца натуральным або штучным патокам вады, служыць крыніцай энергіі для гідратурбін. Гэтая энергія захопліваецца і пераўтвараецца ў гідраэлектраэнергію. Гідраэлектрастанцыя звычайна выкарыстоўвае плаціну на актыўнай рацэ для захоўвання вады. Затым вада паступова выпускаецца, працякае праз турбіну, круціць яе і актывуе генератар, які затым выпрацоўвае электрычнасць.
Наколькі вялікія вадзяныя турбіны?
У залежнасці ад напору, пад якім яны працуюць, гідратурбіны можна класіфікаваць на высоканапорныя, сярэднянапорныя і нізканапорныя. Нізканапорныя гідраэнергетычныя сістэмы больш буйныя, бо гідратурбіна павінна быць вялікай, каб дасягнуць высокай хуткасці патоку, пры гэтым на лопасці прыкладваецца нізкі ціск вады. У сваю чаргу, высоканапорныя гідраэнергетычныя сістэмы не патрабуюць такой вялікай акружнасці паверхні, бо яны выкарыстоўваюцца для атрымання энергіі з больш хуткацякучых крыніц вады.
Дыяграма, якая тлумачыць памеры розных частак гідраэнергетычнай сістэмы, у тым ліку гідратурбіны
Дыяграма, якая тлумачыць памеры розных частак гідраэнергетычнай сістэмы, у тым ліку гідратурбіны
Ніжэй мы разгледзім некалькі прыкладаў розных тыпаў водных турбін, якія выкарыстоўваюцца для розных ужыванняў і ціску вады.
Турбіна Каплана (напор 0-60 м)
Гэтыя турбіны вядомыя як рэакцыйныя турбіны з восевым патокам, бо яны змяняюць ціск вады, калі яна працякае праз іх. Турбіна Каплана нагадвае прапелер і мае рэгуляваныя лопасці для максімальнага павышэння эфектыўнасці ў розных узроўнях вады і ціску.
Дыяграма турбіны Каплана
Турбіна Пелтана (напор 300–1600 м)
Турбіна Пелтана — або кола Пелтана — вядомая як імпульсная турбіна, бо яна здабывае энергію з рухомай вады. Гэтая турбіна падыходзіць для прымянення з высокім напорам, бо патрабуе вялікага ціску вады, каб прыкласці сілу да лыжкападобных каўшоў і прымусіць дыск круціцца і генераваць энергію.
Турбіна Пельтана
Турбіна Фрэнсіса (напор 60–300 м)
Апошняя і самая вядомая гідратурбіна, турбіна Фрэнсіса, выпрацоўвае 60% сусветнай гідраэнергіі. Працуючы як ударна-рэактыўная турбіна, якая працуе пры сярэднім напоры, турбіна Фрэнсіса спалучае ў сабе канцэпцыі восевага і радыяльнага патоку. Такім чынам, турбіна запаўняе прабел паміж турбінамі з высокім і нізкім напорам, ствараючы больш эфектыўную канструкцыю і заклікаючы інжынераў сёння да яе далейшага ўдасканалення.
Дакладней, турбіна Фрэнсіса працуе за кошт патоку вады праз спіральны корпус у (статычныя) накіроўвальныя лапаткі, якія кіруюць патокам вады да (рухомы) лапатак рабочага калонкі. Вада прымушае рабочае калонку круціцца пад уздзеяннем камбінаваных сіл удару і рэакцыі, і, нарэшце, выходзіць з рабочага калонкі праз адсмоктвальную трубу, якая выкідвае паток вады ў навакольнае асяроддзе.
Як выбраць канструкцыю воднай турбіны?
Выбар аптымальнай канструкцыі турбіны часта зводзіцца да аднаго фактару: даступнага вам напору і хуткасці патоку. Пасля таго, як вы вызначылі, які ціск вады вы можаце выкарыстоўваць, вы можаце вырашыць, што лепш падыходзіць: закрытая «рэактыўная канструкцыя турбіны», такая як турбіна Фрэнсіса, ці адкрытая «імпульсная канструкцыя турбіны», такая як турбіна Пельтана.
Схема воднай турбіны
Нарэшце, вы можаце ўсталяваць неабходную хуткасць кручэння вашага прапанаванага электрычнага генератара.
Час публікацыі: 15 ліпеня 2022 г.
