מבוא קצר של גנרטור טורבינות קפלן

ישנם סוגים רבים של גנרטורים הידרואלקטריים. היום, אציג בפירוט את הגנרטורים ההידרואלקטריים בעלי הזרימה הצירית. השימוש בגנרטורים בעלי טורבינות זרימה צירית בשנים האחרונות הוא בעיקר פיתוח טורבינות בעלות עוצמה גבוהה וגודל גדול. טורבינות זרימה צירית ביתיות מתפתחות במהירות. נבנו שתי טורבינות מסוג משוט זרימה צירית שהותקנו בתחנת הכוח ההידרואלקטרית גז'ובה. לאחת מהן קוטר של 11.3 מטרים, שהיא כיום הגדולה מסוגה בעולם. להלן היתרונות והחסרונות של טורבינות זרימה צירית.

יתרונות טורבינת זרימה צירית
בהשוואה לטורבינות פרנסיס, לטורבינות זרימה צירית יש את היתרונות העיקריים הבאים:
1. מהירות ספציפית גבוהה ומאפייני אנרגיה טובים. לכן, מהירות היחידה וזרימת היחידה גבוהות מאלה של טורבינת פרנסיס. תחת אותם תנאי ראש מים ופלט, היא יכולה להפחית במידה ניכרת את גודל יחידת גנרטור הטורבינה, להפחית את משקל היחידה ולחסוך בצריכת חומרים, ולכן היא חסכונית.
2. צורת פני השטח וחספוס פני השטח של להב הרץ של טורבינת הזרימה הצירית יכולים בקלות לעמוד בדרישות הייצור. מכיוון שהלהבים של טורבינת הזרימה הצירית עם משוט מסתובב יכולים להסתובב, היעילות הממוצעת גבוהה יותר מזו של טורבינת הזרימה המעורבת. כאשר העומס וראש המים משתנים, היעילות אינה משתנה הרבה.
3. ניתן לפרק את להבי הרץ של טורבינת ההנעה הצירית, דבר הנוח לייצור ולהובלה.
לכן, טורבינת הזרימה הצירית יכולה לשמור על יציבות בטווח פעולה גדול יותר, עם פחות רעידות, יעילות ותפוקה גבוהות יותר. בתחום גובה הלחץ הנמוך, היא כמעט החליפה את טורבינת פרנסיס. בעשורים האחרונים, הן מבחינת קיבולת יחידה בודדת והן מבחינת ניצול גובה הלחץ, חלה התפתחות רבה, וגם היישום שלה רחב מאוד.

חסרונות של טורבינת זרימה צירית
עם זאת, לטורבינת הזרימה הצירית יש גם חסרונות והן מגבילות את היקף היישום שלה. החסרונות העיקריים הם:
1. מספר הלהבים קטן, והוא שלוחה, ולכן החוזק ירוד, ולא ניתן להשתמש בו בתחנות כוח הידרואלקטריות בינוניות וגבוהות.
2. בשל קצב הזרימה הגדול ומהירות היחידה הגבוהה, יש לה גובה יניקה קטן יותר מאשר טורבינת פרנסיס תחת אותם תנאי גובה, וכתוצאה מכך עומק חפירה גדול עבור יסודות תחנת הכוח והשקעה גבוהה יחסית.

בהתאם לחסרונות שהוזכרו לעיל של טורבינות זרימה צירית, חומרים חדשים בעלי חוזק גבוה נגד קוויטציה משמשים בייצור טורבינות וכוח הלהבים משופר בתכנון, כך שראש היישום של טורבינות זרימה צירית משתפר ללא הרף. כיום, ראש היישום של טורבינת משוט זרימה צירית הוא 3 עד 90 מטר, והוא נכנס לאזור טורבינת פרנסיס. לדוגמה, התפוקה המקסימלית של יחידה בודדת של טורבינות משוט זרימה צירית זרות היא 181,700 קילוואט, ראש המים המקסימלי הוא 88 מטר, וקוטר הרץ הוא 10.3 מטר. התפוקה המקסימלית של מכונה בודדת של טורבינת משוט זרימה צירית המיוצרת במדינתי היא 175,000 קילוואט, ראש המים המקסימלי הוא 78 מטר, וקוטר הרץ המקסימלי הוא 11.3 מטר. לטורבינת מדחף קבועה בזרימה צירית יש להבים קבועים ומבנה פשוט, אך היא אינה יכולה להסתגל לתחנות כוח הידרואלקטריות עם שינויים גדולים בראש המים ובעומס. יש לה ראש מים יציב ומשמשת כעומס בסיס או תחנת כוח בקנה מידה גדול מרובת יחידות. כאשר צריכת החשמל העונתית שופעת, ניתן גם להשוות זאת כלכלית. ניתן לשקול זאת. טווח העומס המתאים שלה הוא 3-50 מטר. טורבינות משוט ציריות משתמשות בדרך כלל במכשירים אנכיים. תהליך העבודה שלהן זהה בעיקרו לזה של טורבינות פרנסיס. ההבדל הוא שכאשר העומס משתנה, הוא לא רק מווסת את סיבוב להבי ההנחיה, אלא גם מכוון את סיבוב להבי הרץ כדי לשמור על יעילות גבוהה.

בעבר, הצגנו גם טורבינות פרנסיס. בין גנרטורי הטורבינות, עדיין קיים הבדל גדול בין טורבינות פרנסיס לטורבינות זרימה צירית. לדוגמה, מבנה המסילות שלהן שונה. להבי טורבינות פרנסיס כמעט מקבילים לציר הראשי, בעוד שטורבינות הזרימה הצירית כמעט מאונכות לציר הראשי.