Vesivoimalaitoksia on monenlaisia. Tänään esitellään aksiaalivirtausgeneraattori yksityiskohtaisesti. Aksiaalivirtausgeneraattorien sovellusalueita viime vuosina on ollut pääasiassa korkean vedenkorkeuden ja suuren koon kehittäminen. Myös kotimaisten aksiaalivirtausturbiinien kehitys on nopeaa. Gezhouban vesivoimalaitoksessa on asennettu kahdenlaisia aksiaalivirtaussiipiturbiineja, joista toisen juoksuputken halkaisija on 11,3 m, mikä on vastaavien turbiinien juoksuputken halkaisija maailmassa. Tässä on keskikokoisen aksiaalivirtausturbiinin edut ja haitat.
Aksiaalivirtausturbiinin edut
Francis-turbiiniin verrattuna aksiaalivirtausturbiinilla on seuraavat tärkeimmät edut:
1. Suuri ominaisnopeus ja hyvät energiaominaisuudet. Siksi sen yksikkönopeus ja yksikkövirtaus ovat korkeammat kuin Francis-turbiinin. Samoilla nostokorkeuksilla ja teho-olosuhteissa se voi pienentää huomattavasti hydraulisen turbiinigeneraattoriyksikön kokoa, vähentää yksikön painoa ja säästää materiaalinkulutusta, joten sillä on korkeat taloudelliset hyödyt.
2. Aksiaaliturbiinin juoksupyörän lapojen pinnan muoto ja pinnan karheus on helppo täyttää valmistusvaatimukset. Koska aksiaaliturbiinin potkurit voivat pyöriä, keskimääräinen hyötysuhde on korkeampi kuin Francis-turbiinin. Kun kuorma ja nostokorkeus muuttuvat, hyötysuhde muuttuu vain vähän.
3. Aksiaalivirtausturbiinin juoksupyörän lavat voidaan purkaa valmistuksen ja kuljetuksen helpottamiseksi.
Siksi aksiaalivirtausturbiini pysyy vakaana laajalla käyttöalueella, sillä on vähemmän tärinää ja korkea hyötysuhde ja tuotto. Matalan vesikorkeuden alueella se lähes korvaa Francis-turbiinin. Viime vuosikymmeninä se on kehittynyt huomattavasti ja sitä on käytetty laajalti yksittäisen yksikön kapasiteetin ja vesikorkeuden suhteen.
3. Aksiaalivirtausturbiinin haitat
Aksiaalivirtausturbiinilla on kuitenkin myös haittoja, ja se rajoittaa sen käyttöaluetta. Sen tärkeimmät haitat ovat:
1. Terien lukumäärä on pieni ja ulokepalkki, joten lujuus on heikko eikä sitä voida soveltaa keskikokoisiin ja suuriin vesivoimalaitoksiin.
2. Suuren virtauksen ja yksikön suuren nopeuden vuoksi sillä on pienempi imukorkeus kuin Francis-turbiinilla samalla vesikorkeudella, mikä johtaa suureen kaivuusyvyyteen ja suhteellisen suuriin investointeihin voimalaitoksen perustukseen.
Edellä mainittujen aksiaalivirtausturbiinin puutteiden vuoksi aksiaalivirtausturbiinin käyttökorkeutta parannetaan jatkuvasti ottamalla käyttöön uusia materiaaleja, joilla on korkea lujuus ja kavitaatiokestävyys turbiinin valmistuksessa, ja parantamalla lapojen rasitusolosuhteita suunnittelussa. Tällä hetkellä aksiaalivirtauspotkuriturbiinin käyttökorkeusalue on 3–90 m, mikä on tullut Francis-turbiinin alueelle. Esimerkiksi ulkomaisen aksiaalivirtauspotkuriturbiinin yksittäisen koneen teho on 181 700 kW, korkeus on 88 m ja juoksuputken halkaisija on 10,3 m. Kiinassa valmistetun aksiaalivirtauspotkuriturbiinin yksittäisen koneen teho on 175 000 kW, korkeus on 78 m ja juoksuputken halkaisija on 11,3 m. Aksiaalivirtauskiinteäpotkuriturbiinissa on kiinteät lavat ja yksinkertainen rakenne, mutta se ei sopeudu vesivoimalaitoksiin, joissa vedenkorkeus ja kuormitus vaihtelevat suuresti. Suurissa vesivoimalaitoksissa, joissa vedenkorkeus on vakaa ja jotka toimivat peruskuormana tai useana yksikkönä, sitä voidaan harkita myös taloudellisen vertailun jälkeen, kun kausittaista sähköenergiaa on runsaasti. Sen sovellettava vedenkorkeusalue on 3–50 m. Aksiaalivirtauspotkuriturbiini on yleensä pystysuorassa laitteessa, ja sen toimintaprosessi on pohjimmiltaan sama kuin Francis-turbiinin. Ero on siinä, että kuormituksen muuttuessa se ei ainoastaan säätele ohjaussiiven pyörimistä, vaan myös juoksupyörän pyörimistä korkean hyötysuhteen ylläpitämiseksi.
Esittelimme aiemmin myös Francis-turbiinin. Vesivoimalaitoksista Francis-turbiini eroaa hyvin paljon aksiaaliturbiinista. Esimerkiksi niiden juoksupyörän rakenteelliset muodot ovat erilaiset. Francis-turbiinin lavat ovat lähes pääakselin suuntaiset, kun taas aksiaaliturbiinin lavat ovat lähes kohtisuorassa pääakseliin nähden.
Julkaisun aika: 19. huhtikuuta 2022
