Es gibt viele Arten von Wasserkraftgeneratoren. Heute stelle ich Ihnen die Axialturbinengeneratoren genauer vor. Der Einsatz von Axialturbinengeneratoren konzentriert sich in den letzten Jahren hauptsächlich auf die Entwicklung von Anlagen mit hoher Fallhöhe und großen Abmessungen. Axialturbinen werden in China rasant weiterentwickelt. Im Wasserkraftwerk Gezhouba wurden zwei Axialturbinen vom Schaufelradtyp installiert. Eine davon hat einen Durchmesser von 11,3 Metern und ist damit derzeit die größte ihrer Art weltweit. Im Folgenden werden die Vor- und Nachteile von Axialturbinen erläutert.
Vorteile der Axialturbine
Im Vergleich zu Francis-Turbinen weisen Axialturbinen folgende Hauptvorteile auf:
1. Hohe spezifische Drehzahl und gute Energieeigenschaften. Daher sind ihre spezifische Drehzahl und ihr spezifischer Volumenstrom höher als die einer Francis-Turbine. Bei gleicher Fallhöhe und Leistung kann die Größe der Turbinengeneratoreinheit erheblich reduziert, ihr Gewicht verringert und der Materialverbrauch gesenkt werden, was sie sehr wirtschaftlich macht.
2. Die Oberflächenform und -rauheit der Laufradschaufeln der Axialturbine erfüllen die Fertigungsanforderungen problemlos. Da sich die Schaufeln der Axialturbine mit rotierenden Schaufeln drehen können, ist der durchschnittliche Wirkungsgrad höher als der einer Mischstromturbine. Bei Last- und Fallhöhenänderungen ändert sich der Wirkungsgrad nur geringfügig.
3. Die Laufradschaufeln der Axial-Paddelturbine können demontiert werden, was die Herstellung und den Transport erleichtert.
Die Axialturbine zeichnet sich daher durch Stabilität in einem größeren Betriebsbereich, geringere Vibrationen sowie höhere Effizienz und Leistung aus. Im Niederdruckbereich hat sie die Francis-Turbine nahezu vollständig verdrängt. In den letzten Jahrzehnten hat sie sowohl hinsichtlich der Einzelanlagenleistung als auch der genutzten Fallhöhe große Fortschritte gemacht und findet ein breites Anwendungsgebiet.
Nachteile der Axialturbine
Die Axialturbine weist jedoch auch Nachteile auf, die ihren Anwendungsbereich einschränken. Die wichtigsten Nachteile sind:
1. Die Anzahl der Flügel ist gering, und es handelt sich um eine freitragende Konstruktion, daher ist die Festigkeit schlecht, und es kann nicht in Wasserkraftwerken mit mittlerer und hoher Fallhöhe eingesetzt werden.
2. Aufgrund des großen Volumenstroms und der hohen Drehzahl weist sie im Vergleich zu einer Francis-Turbine bei gleicher Fallhöhe eine geringere Saughöhe auf, was eine große Baugrubentiefe für das Fundament des Kraftwerks und relativ hohe Investitionskosten zur Folge hat.
Aufgrund der oben genannten Nachteile von Axialturbinen werden in der Turbinenfertigung hochfeste, kavitationsbeständige Werkstoffe eingesetzt und die Schaufelbeanspruchung im Design verbessert, wodurch die Einsatzfallhöhe von Axialturbinen kontinuierlich gesteigert wird. Aktuell liegt die Einsatzfallhöhe der Axialturbine mit Schaufelrad zwischen 3 und 90 m und erreicht damit das Leistungsspektrum der Francis-Turbine. Beispielsweise beträgt die maximale Einzelleistung ausländischer Axialturbinen mit Schaufelrad 181.700 kW, die maximale Fallhöhe 88 m und der Laufraddurchmesser 10,3 m. Die maximale Einzelleistung in China hergestellter Axialturbinen mit Schaufelrad beträgt 175.000 kW, die maximale Fallhöhe 78 m und der maximale Laufraddurchmesser 11,3 m. Axialturbinen mit feststehenden Schaufeln und einfacher Struktur eignen sich jedoch nicht für Wasserkraftwerke mit stark schwankender Fallhöhe und Last. Sie zeichnet sich durch eine stabile Fallhöhe aus und dient als Grundlastkraftwerk oder als Teilkraftwerk mit mehreren Einheiten. Bei saisonal hohem Stromaufkommen ist sie auch wirtschaftlich rentabel. Ihr Anwendungsbereich liegt zwischen 3 und 50 m. Axialturbinen mit Schaufelradantrieb verwenden in der Regel vertikale Bauformen. Ihr Funktionsprinzip entspricht im Wesentlichen dem von Francis-Turbinen. Der Unterschied besteht darin, dass bei Laständerungen nicht nur die Drehung der Leitschaufeln, sondern auch die der Laufradschaufeln angepasst wird, um einen hohen Wirkungsgrad zu gewährleisten.
Wir haben bereits Francis-Turbinen vorgestellt. Zwischen Francis-Turbinen und Axialturbinen besteht bei Turbogeneratoren ein wesentlicher Unterschied. Beispielsweise ist die Struktur ihrer Laufräder unterschiedlich. Die Schaufeln von Francis-Turbinen verlaufen nahezu parallel zur Hauptwelle, während sie bei Axialturbinen nahezu senkrecht dazu stehen.
Veröffentlichungsdatum: 11. November 2021
