Es gibt viele Arten von Wasserkraftgeneratoren. Heute stellen wir Ihnen den Axialturbinengenerator genauer vor. In den letzten Jahren wurde der Axialturbinengenerator vor allem aufgrund seiner Fähigkeit, hohe Fallhöhen zu bewältigen und große Abmessungen zu erreichen, eingesetzt. Auch die Entwicklung von Axialturbinen in China schreitet rasant voran. Im Wasserkraftwerk Gezhouba sind zwei Arten von Axialturbinen installiert, von denen eine einen Laufraddurchmesser von 11,3 m aufweist – ein weltweit üblicher Wert für vergleichbare Turbinen. Im Folgenden werden die Vor- und Nachteile dieser mittelgroßen Axialturbine erläutert.
Vorteile der Axialturbine
Im Vergleich zur Francis-Turbine bietet die Axialturbine folgende Hauptvorteile:
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 Wasserturbine erheblich reduziert, ihr Gewicht verringert und der Materialverbrauch gesenkt werden, was zu hohen wirtschaftlichen Vorteilen führt.
2. Die Oberflächenform und -rauheit der Laufradschaufeln von Axialturbinen lassen sich in der Fertigung leicht an die Anforderungen anpassen. Da sich die Schaufeln von Axialturbinen drehen können, ist der durchschnittliche Wirkungsgrad höher als der von Francis-Turbinen. Bei Last- und Fallhöhenänderungen ändert sich der Wirkungsgrad nur geringfügig.
3. Die Laufradschaufeln der Axialturbine können zur Erleichterung der Fertigung und des Transports demontiert werden.
Die Axialturbine arbeitet daher in einem großen Betriebsbereich stabil, weist geringere Vibrationen auf und zeichnet sich durch hohe Effizienz und Leistung aus. Bei niedrigen Fallhöhen ersetzt sie die Francis-Turbine nahezu vollständig. In den letzten Jahrzehnten hat sie sich hinsichtlich Einzelanlagenleistung und Fallhöhe stark weiterentwickelt und findet breite Anwendung.
3. Nachteile der Axialturbine
Die Axialturbine weist jedoch auch Nachteile auf und schränkt ihren Anwendungsbereich ein. Ihre Hauptnachteile sind:
1. Die Anzahl der Rotorblätter ist gering und die Konstruktion ist freitragend, daher ist die Festigkeit unzureichend und das System kann nicht für Wasserkraftwerke mit mittlerer und hoher Fallhöhe eingesetzt werden.
2. Aufgrund des großen Volumenstroms und der hohen Drehzahl weist sie bei gleicher Fallhöhe eine geringere Saughöhe als die Francis-Turbine auf, was eine große Baugrubentiefe und relativ hohe Investitionen in das Fundament des Kraftwerks zur Folge hat.
Aufgrund der oben genannten Nachteile von Axialturbinen wird deren Einsatzhöhe kontinuierlich verbessert. Dies geschieht durch die Verwendung neuer, hochfester und kavitationsbeständiger Werkstoffe in der Turbinenfertigung sowie durch die Optimierung der Schaufelspannungen im Design. Aktuell liegt der Einsatzbereich von Axialpropellerturbinen bei Fallhöhen von 3 bis 90 m und damit im Bereich der Francis-Turbinen. Beispielsweise beträgt die Leistung einer einzelnen ausländischen Axialpropellerturbine 181.700 kW, die Fallhöhe 88 m und der Laufraddurchmesser 10,3 m. Eine in China produzierte Axialpropellerturbine hingegen erreicht eine Leistung von 175.000 kW, eine Fallhöhe von 78 m und einen Laufraddurchmesser von 11,3 m. Axialpropellerturbinen mit festen Schaufeln und einfacher Struktur eignen sich jedoch nicht für Wasserkraftwerke mit stark schwankender Fallhöhe und Last. Für große Wasserkraftwerke mit stabiler Fallhöhe, die als Grundlastkraftwerke oder in Mehrfacheinheiten dienen, kann der Einsatz einer Axialpropellerturbine nach einem Wirtschaftlichkeitsvergleich bei saisonal reichlich vorhandener elektrischer Energie ebenfalls in Betracht gezogen werden. Der Anwendungsbereich der Fallhöhe liegt zwischen 3 und 50 m. Axialpropellerturbinen sind in der Regel vertikal angeordnet und arbeiten im Prinzip wie Francis-Turbinen. Der Unterschied besteht darin, dass bei Laständerungen nicht nur die Leitschaufeln, sondern auch die Laufradschaufeln angepasst werden, um einen hohen Wirkungsgrad zu gewährleisten.
Wir haben die Francis-Turbine bereits vorgestellt. Unter den Wasserkraftgeneratoren unterscheidet sich die Francis-Turbine deutlich von der Axialturbine. Beispielsweise ist die Bauform ihres Laufrads unterschiedlich. Die Schaufeln der Francis-Turbine verlaufen nahezu parallel zur Hauptwelle, während die der Axialturbine nahezu senkrecht dazu stehen.
Veröffentlichungsdatum: 19. April 2022
