Existuje mnoho druhů vodních generátorů. Dnes si podrobněji představíme axiální vodní generátor. Aplikace axiálních vodních generátorů v posledních letech spočívá především ve vývoji zařízení s vysokým spádem vody a velkými rozměry. Vývoj domácích axiálních turbín je také rychlý. V postavené vodní elektrárně Gezhouba jsou instalovány dva druhy axiálních lopatkových turbín, z nichž jedna má průměr oběžného kola 11,3 m, což je průměr oběžného kola podobných turbín na světě. Zde jsou výhody a nevýhody středně velkých axiálních turbín.
Výhody axiální turbíny
Ve srovnání s Francisovou turbínou má axiální turbína následující hlavní výhody:
1. Vysoká specifická rychlost a dobré energetické charakteristiky. Proto jsou její jednotkové otáčky a jednotkový průtok vyšší než u Francisovy turbíny. Za stejných podmínek spádu a výkonu může výrazně zmenšit velikost hydraulické turbogenerátorové jednotky, snížit hmotnost jednotky a ušetřit spotřebu materiálu, takže má vysoké ekonomické výhody.
2. Tvar a drsnost povrchu lopatek oběžného kola axiální turbíny lze snadno splnit požadavky na výrobu. Protože se lopatky axiální vrtulové turbíny mohou otáčet, je průměrná účinnost vyšší než u Francisovy turbíny. Při změně zatížení a tlaku se účinnost mění jen málo.
3. Lopatky oběžného kola axiální lopatkové turbíny lze demontovat pro usnadnění výroby a přepravy.
Axiální turbína si proto udržuje stabilitu v širokém provozním rozsahu, má menší vibrace a vysokou účinnost a výkon. V oblasti nízkých spádových ploch téměř nahrazuje Francisovu turbínu. V posledních desetiletích zaznamenala velký rozvoj a široké uplatnění, pokud jde o výkon a spádovou plochu jedné jednotky.
3. Nevýhody axiální turbíny
Axiální turbína má však i nevýhody, které omezují její rozsah použití. Jejími hlavními nevýhodami jsou:
1. Počet lopatek je malý a konzolový, takže pevnost je nízká a nelze jej použít pro vodní elektrárny se středním a vysokým spádem.
2. Vzhledem k velkému průtoku jednotky a vysoké rychlosti jednotky má menší sací výšku než Francisova turbína při stejném spádu vody, což má za následek velkou hloubku výkopu a relativně vysoké investice do základů elektrárny.
Vzhledem k výše uvedeným nedostatkům axiálních turbín se jejich aplikační výška neustále zlepšuje zaváděním nových materiálů s vysokou pevností a odolností proti kavitaci při výrobě turbín a zlepšováním napěťových podmínek lopatek v konstrukci. V současné době je rozsah aplikačních výškových hodnot axiálních vrtulových turbín 3-90 m, což se dostalo do oblasti Francisových turbín. Například výkon jedné zahraniční axiální vrtulové turbíny je 181 700 kW, výška je 88 m a průměr oběžného kola je 10,3 m. Jednotlivý výkon axiální vrtulové turbíny vyrobené v Číně je 175 000 kW, výška je 78 m a průměr oběžného kola je 11,3 m. Axiální turbína s pevnou vrtulí má pevné lopatky a jednoduchou konstrukci, ale nemůže se přizpůsobit vodním elektrárnám s velkými změnami spádu a zatížení. U velkých vodních elektráren se stabilním spádem, které slouží jako základní zatížení nebo více jednotek, lze po ekonomickém srovnání zvážit i sezónní dodávky elektrické energie. Jeho použitelný rozsah vodního sloupce je 3-50 m. Axiální vrtulová turbína obecně používá vertikální zařízení a její pracovní proces je v podstatě stejný jako u Francisovy turbíny. Rozdíl spočívá v tom, že při změně zatížení reguluje nejen otáčení vodicí lopatky, ale také otáčení lopatky oběžného kola, aby se udržela vysoká účinnost.
Francisovu turbínu jsme si již představili. Mezi hydrogenerátory se Francisova turbína velmi liší od axiální turbíny. Liší se například konstrukčními tvary oběžného kola. Lopatky Francisovy turbíny jsou téměř rovnoběžné s hlavní hřídelí, zatímco lopatky axiální turbíny jsou k hlavní hřídeli téměř kolmé.
Čas zveřejnění: 19. dubna 2022
