دونده‌های توربین آبی: انواع و مشخصات فنی

توربین‌های آبی اجزای کلیدی در سیستم‌های برق آبی هستند که انرژی آب جاری یا در حال سقوط را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کنند. در قلب این فرآیند ...دونده، بخش چرخان توربین که مستقیماً با جریان آب در تعامل است. طراحی، نوع و مشخصات فنی رانر در تعیین راندمان توربین، محدوده هد عملیاتی و سناریوهای کاربردی بسیار مهم هستند.

۱. طبقه‌بندی گرداننده‌های توربین آبی

توربین‌های آبی بر اساس نوع جریان آبی که با آن کار می‌کنند، به طور کلی به سه دسته اصلی طبقه‌بندی می‌شوند:

A. دوندگان ضربه‌ای

توربین‌های ضربه‌ای با جت‌های آب با سرعت بالا که در فشار اتمسفر به پره‌های رانر برخورد می‌کنند، کار می‌کنند. این رانرها برای ... طراحی شده‌اند.هد بالا، جریان پایینبرنامه های کاربردی.

• دونده پلتون:

  • ساختار: سطل‌های قاشقی شکل که روی حاشیه یک چرخ نصب شده‌اند.

  • محدوده سر: ۱۰۰–۱۸۰۰ متر.

  • سرعتسرعت چرخش پایین؛ اغلب به افزایش‌دهنده‌های سرعت نیاز دارد.

  • کاربردهامناطق کوهستانی، میکرو-برق آبی خارج از شبکه.

B. دونده‌های واکنشی

توربین‌های واکنشی با تغییر تدریجی فشار آب هنگام عبور از رانر کار می‌کنند. این رانرها در آب غوطه‌ور هستند و تحت فشار آب کار می‌کنند.

• فرانسیس رانر:

  • ساختارجریان مختلط با حرکت شعاعی و محوری به سمت داخل.

  • محدوده سر: 20 تا 300 متر.

  • کارایی: بالا، معمولاً بالای ۹۰٪.

  • کاربردها: به طور گسترده در ایستگاه‌های برق آبی با هد متوسط ​​استفاده می‌شود.

• کاپلان رانر:

  • ساختار: رانر جریان محوری با تیغه‌های قابل تنظیم.

  • محدوده سر: ۲ تا ۳۰ متر.

  • ویژگی‌هاتیغه‌های قابل تنظیم، راندمان بالا را تحت بارهای متغیر فراهم می‌کنند.

  • کاربردهارودخانه‌های کم‌عمق، پرآب و کاربردهای جزر و مدی.

• پروانه رانر:

  • ساختار: مشابه کاپلان اما با تیغه‌های ثابت.

  • کارایی: فقط در شرایط جریان ثابت بهینه است.

  • کاربردها: سایت‌های برق آبی کوچک با جریان و هد پایدار.

C. انواع دیگر دونده

• دونده تورگو:

  • ساختار: جت‌های آب با زاویه به دونده برخورد می‌کنند.

  • محدوده سر: ۵۰ تا ۲۵۰ متر.

  • مزیتسرعت چرخش بالاتر نسبت به پلتون، ساختار ساده‌تر.

  • کاربردها: نیروگاه‌های برق آبی کوچک تا متوسط.

• رانر جریان متقاطع (توربین بانکی-میشل):

  • ساختار: آب دو بار به صورت عرضی از طریق لوله جریان می‌یابد.

  • محدوده سر: ۲ تا ۱۰۰ متر.

  • ویژگی‌ها: مناسب برای نیروگاه‌های برق‌آبی کوچک و جریان متغیر.

  • کاربردها: سیستم‌های مستقل از شبکه، برق آبی کوچک.

۲. مشخصات فنی کلیدی دونده‌ها

انواع مختلف دونده‌ها برای اطمینان از عملکرد بهینه، نیاز به توجه دقیق به پارامترهای فنی خود دارند:

۳. معیارهای انتخاب

هنگام انتخاب نوع راهگاه، مهندسان باید موارد زیر را در نظر بگیرند:

• سر و جریان: تعیین می‌کند که آیا باید تکانه یا واکنش را انتخاب کند.

• شرایط سایت: تغییرپذیری رودخانه، بار رسوب، تغییرات فصلی.

• انعطاف‌پذیری عملیاتی: نیاز به تنظیم تیغه یا تطبیق جریان.

• هزینه و نگهداری: نگهداری از رانرهای ساده‌تر مانند Pelton یا Propeller آسان‌تر است.

۴. روندهای آینده

با پیشرفت در دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و چاپ سه بعدی فلز، طراحی رانر توربین به سمت موارد زیر در حال تکامل است:

• راندمان بالاتر در جریان‌های متغیر

• دونده‌های سفارشی برای شرایط خاص سایت

• استفاده از مواد کامپوزیتی برای تیغه‌های سبک‌تر و مقاوم در برابر خوردگی

نتیجه‌گیری

چرخ‌های توربین آبی سنگ بنای تبدیل انرژی برق آبی هستند. با انتخاب نوع چرخ مناسب و بهینه‌سازی پارامترهای فنی آن، نیروگاه‌های برق آبی می‌توانند به راندمان بالا، عمر طولانی و کاهش اثرات زیست‌محیطی دست یابند. چه برای برق‌رسانی روستایی در مقیاس کوچک و چه برای نیروگاه‌های بزرگ متصل به شبکه، چرخ همچنان کلید باز کردن قفل پتانسیل کامل برق آبی است.