Vesiturbiinin juoksijat: tyypit ja tekniset tiedot

Vesiturbiinit ovat vesivoimajärjestelmien keskeisiä komponentteja, jotka muuntavat virtaavan tai putoavan veden energian mekaaniseksi energiaksi. Tämän prosessin ytimessä onjuoksija, turbiinin pyörivä osa, joka on suorassa vuorovaikutuksessa veden virtauksen kanssa. Juoksupyörän suunnittelu, tyyppi ja tekniset tiedot ovat ratkaisevan tärkeitä turbiinin hyötysuhteen, käyttöpään alueen ja käyttötapausten määrittämisessä.

1. Vesiturbiinin juoksupyörien luokittelu

Vesiturbiinin juoksijat luokitellaan yleensä kolmeen pääluokkaan niiden käsittelemän vesivirtauksen tyypin perusteella:

A. Impulssijuoksijat

Impulssiturbiinit toimivat ilmakehän paineessa olevilla suurnopeuksisilla vesisuihkuilla, jotka osuvat siipipyörän lapoihin. Nämä siipipyörät on suunniteltukorkea nostokorkeus, matala virtaussovellukset.

• Peltonin juoksija:

  • RakenneLusikkamaiset kauhat, jotka on asennettu pyörän kehälle.

  • Pään alue100–1800 metriä.

  • NopeusAlhainen pyörimisnopeus; vaatii usein nopeudenlisääjiä.

  • SovelluksetVuoristoalueet, sähköverkon ulkopuolinen mikrovesivoima.

B. Reaktion juoksijat

Reaktioturbiinit toimivat siten, että vedenpaine muuttuu vähitellen veden kulkiessa jakokanavan läpi. Nämä jakokanavat ovat upotettuina ja toimivat vedenpaineen alaisena.

• Francis Runner:

  • RakenneSekoitettu virtaus, jossa on sisäänpäin suuntautuvaa säteittäistä ja aksiaalista liikettä.

  • Pään alue: 20–300 metriä.

  • TehokkuusKorkea, tyypillisesti yli 90 %.

  • SovelluksetKäytetään laajalti keskipaineisissa vesivoimalaitoksissa.

• Kaplanin juoksija:

  • RakenneAksiaalivirtauskanava säädettävillä lavoilla.

  • Pään alue2–30 metriä.

  • OminaisuudetSäädettävät terät mahdollistavat korkean hyötysuhteen vaihtelevilla kuormilla.

  • SovelluksetMatalan paineen ja suuren virtaaman jokien sekä vuorovesisovellusten käyttö.

• Potkurin juoksija:

  • RakenneSamanlainen kuin Kaplan, mutta kiinteillä terillä.

  • TehokkuusOptimaalinen vain vakiovirtausolosuhteissa.

  • SovelluksetPienet vesivoimalaitokset, joilla on vakaa virtaus ja korkeus.

C. Muut juoksijatyypit

• Turgo-juoksija:

  • RakenneVesisuihkut osuvat juoksijaan kulmassa.

  • Pään alue50–250 metriä.

  • EtuSuurempi pyörimisnopeus kuin Peltonilla, yksinkertaisempi rakenne.

  • SovelluksetPienet ja keskisuuret vesivoimalaitokset.

• Ristivirtauskanava (Banki-Michell-turbiini):

  • RakenneVesi virtaa juoksuputken läpi poikittain, kahdesti.

  • Pään alue2–100 metriä.

  • OminaisuudetHyvä pienille vesivoimalaitoksille ja vaihtelevalle virtaukselle.

  • SovelluksetSähköverkkoon kytkemättömät järjestelmät, minivesivoima.

2. Juoksulenkkien keskeiset tekniset tiedot

Erilaisten juoksukenkien teknisiin parametreihin on kiinnitettävä erityistä huomiota optimaalisen suorituskyvyn varmistamiseksi:

3. Valintakriteerit

Juoksuputken tyyppiä valittaessa insinöörien on otettava huomioon:

• Pää ja virtausMäärittää, valitaanko impulssi vai reaktio.

• Sivuston olosuhteetJoen vaihtelu, sedimenttikuorma, vuodenaikojen muutokset.

• Toiminnallinen joustavuusTerän säätö tai virtauksen mukautus on tarpeen.

• Kustannukset ja ylläpitoYksinkertaisemmat juoksijat, kuten Pelton tai Propeller, ovat helpompia huoltaa.

4. Tulevaisuuden trendit

Laskennallisen nestedynamiikan (CFD) ja 3D-metallitulostuksen edistysaskeleiden myötä turbiinin juoksupyörän suunnittelu kehittyy kohti:

• Korkeampi hyötysuhde vaihtelevissa virtauksissa

• Räätälöidyt juoksijat tiettyihin työmaaolosuhteisiin

• Komposiittimateriaalien käyttö kevyempien ja korroosionkestävien terien valmistuksessa

Johtopäätös

Vesiturbiinin juoksuputket ovat vesivoiman energiamuunnoksen kulmakivi. Valitsemalla sopivan juoksuputken tyypin ja optimoimalla sen tekniset parametrit vesivoimalaitokset voivat saavuttaa korkean hyötysuhteen, pitkän käyttöiän ja pienemmät ympäristövaikutukset. Olipa kyseessä sitten pienimuotoinen maaseudun sähköistys tai suuret verkkoon kytketyt laitokset, juoksuputki on avain vesivoiman täyden potentiaalin vapauttamiseen.