Giranti delle turbine idrauliche: tipologie e specifiche tecniche

Le turbine idrauliche sono componenti chiave nei sistemi idroelettrici, convertendo l'energia dell'acqua che scorre o cade in energia meccanica. Al centro di questo processo si trova l'corridore, la parte rotante della turbina che interagisce direttamente con il flusso d'acqua. Il design, il tipo e le specifiche tecniche della girante sono fondamentali per determinare l'efficienza della turbina, l'intervallo di prevalenza operativa e gli scenari applicativi.

1. Classificazione delle turbine idrauliche

Le turbine idrauliche sono generalmente classificate in tre categorie principali in base al tipo di flusso d'acqua che gestiscono:

A. Corridori d'impulso

Le turbine a impulso funzionano con getti d'acqua ad alta velocità che colpiscono le pale della girante a pressione atmosferica. Queste giranti sono progettate peralta prevalenza, bassa portataapplicazioni.

• Pelton Runner:

  • Struttura: Secchi a forma di cucchiaio montati sulla periferia di una ruota.

  • Gamma di testa: 100–1800 metri.

  • Velocità: Bassa velocità di rotazione; spesso richiede moltiplicatori di velocità.

  • Applicazioni: Zone montane, micro-idroelettrico fuori dalla rete.

B. Corridori di reazione

Le turbine a reazione funzionano con una pressione dell'acqua che varia gradualmente durante il passaggio attraverso la girante. Queste giranti sono immerse e operano sotto la pressione dell'acqua.

• Francesco Corridore:

  • Struttura: Flusso misto con movimento radiale e assiale verso l'interno.

  • Gamma di testa: 20–300 metri.

  • Efficienza: Alto, in genere superiore al 90%.

  • Applicazioni: Ampiamente utilizzato nelle centrali idroelettriche a media portata.

• Kaplan Runner:

  • Struttura: Girante a flusso assiale con pale regolabili.

  • Gamma di testa: 2–30 metri.

  • Caratteristiche: Le lame regolabili consentono un'elevata efficienza in presenza di carichi variabili.

  • Applicazioni: Fiumi a bassa portata e alta portata e applicazioni di marea.

• Elica di scorrimento:

  • Struttura: Simile al Kaplan ma con lame fisse.

  • Efficienza: Ottimale solo in condizioni di flusso costante.

  • Applicazioni: Piccoli siti idroelettrici con portata e prevalenza stabili.

C. Altri tipi di corridori

• Turgo Runner:

  • Struttura:I getti d'acqua colpiscono il canale di scorrimento con una certa angolazione.

  • Gamma di testa: 50–250 metri.

  • Vantaggio: Velocità di rotazione più elevata rispetto a Pelton, costruzione più semplice.

  • Applicazioni: Centrali idroelettriche di piccole e medie dimensioni.

• Girante a flusso incrociato (turbina Banki-Michell):

  • Struttura: L'acqua scorre attraverso il canale trasversalmente, due volte.

  • Gamma di testa: 2–100 metri.

  • Caratteristiche: Adatto per piccole centrali idroelettriche e flusso variabile.

  • Applicazioni: Sistemi fuori rete, mini idroelettrici.

2. Specifiche tecniche chiave dei corridori

Per garantire prestazioni ottimali, i diversi tipi di corridori richiedono un'attenzione particolare ai loro parametri tecnici:

3. Criteri di selezione

Nella scelta del tipo di runner, gli ingegneri devono considerare:

• Testa e flusso: Determina se scegliere l'impulso o la reazione.

• Condizioni del sito: Variabilità del fiume, carico di sedimenti, cambiamenti stagionali.

• Flessibilità operativa: Necessità di regolazione della lama o adattamento del flusso.

• Costi e manutenzione:I generatori più semplici come Pelton o Propeller sono più facili da manutenere.

4. Tendenze future

Grazie ai progressi nella fluidodinamica computazionale (CFD) e nella stampa 3D dei metalli, la progettazione delle turbine si sta evolvendo verso:

• Maggiore efficienza nei flussi variabili

• Corridori personalizzati per condizioni specifiche del sito

• Utilizzo di materiali compositi per lame più leggere e resistenti alla corrosione

Conclusione

Le giranti delle turbine idrauliche sono il fulcro della conversione dell'energia idroelettrica. Selezionando il tipo di girante più adatto e ottimizzandone i parametri tecnici, le centrali idroelettriche possono raggiungere un'elevata efficienza, una lunga durata e un impatto ambientale ridotto. Che si tratti di elettrificazione rurale su piccola scala o di grandi impianti connessi alla rete, la girante rimane la chiave per sfruttare appieno il potenziale dell'energia idroelettrica.