Ūdens turbīna ir turbīnu mehānisms šķidrumu mehānismos. Jau aptuveni 100. gadā pirms mūsu ēras radās ūdens turbīnas prototips – ūdens turbīna. Tolaik tās galvenā funkcija bija darbināt graudu pārstrādes un apūdeņošanas iekārtas. Ūdens turbīna kā mehāniska ierīce, ko darbina ūdens plūsma, ir attīstījusies līdz mūsdienu ūdens turbīnai, un tās pielietojuma joma ir paplašinājusies. Tad kur galvenokārt tiek izmantotas mūsdienu ūdens turbīnas?
Ūdens turbīnas galvenokārt tiek izmantotas sūknēšanas akumulācijas elektrostacijās. Kad energosistēmas slodze ir zemāka par pamatslodzi, to var izmantot kā ūdens sūkni, lai izmantotu lieko enerģijas ražošanas jaudu ūdens sūknēšanai no lejpus esošā rezervuāra uz augšpuses rezervuāru un enerģijas uzglabāšanai potenciālās enerģijas veidā; kad sistēmas slodze ir augstāka par pamatslodzi, to var izmantot kā ūdens turbīnu elektroenerģijas ražošanai, lai pielāgotu maksimālo slodzi. Tādēļ tīra sūknēšanas akumulācijas elektrostacija nevar palielināt energosistēmas jaudu, bet var uzlabot siltumenerģijas ražošanas iekārtu darbības ekonomiju un uzlabot energosistēmas kopējo efektivitāti. Kopš 20. gs. piecdesmitajiem gadiem sūknēšanas iekārtas ir plaši novērtētas un strauji attīstītas visā pasaulē.
Agrīnā stadijā vai ar augstu ūdens spiedienu izstrādātās sūknēšanas uzglabāšanas iekārtas pārsvarā izmanto trīs mašīnu tipus, tas ir, tās sastāv no ģeneratora motora, ūdens turbīnas un ūdens sūkņa virknē. To priekšrocība ir tā, ka ūdens turbīna un ūdens sūknis ir konstruēti atsevišķi, kas var nodrošināt augstu efektivitāti, un iekārtas griešanās virziens gan ģenerējot, gan sūknējot ir vienāds, ko var ātri pārveidot no enerģijas ražošanas uz sūknēšanas režīmu vai no sūknēšanas uz enerģijas ražošanu. Tajā pašā laikā turbīnu var izmantot iekārtas iedarbināšanai. To trūkumi ir augstās izmaksas un lieli ieguldījumi elektrostacijā.
Slīpās plūsmas sūkņa turbīnas lāpstiņas var griezties un joprojām saglabāt labu darbības veiktspēju, mainoties ūdens spiedienam un slodzei. Tomēr hidraulisko īpašību un materiāla izturības ierobežojumu dēļ tā maksimālais ūdens spiediens 20. gs. astoņdesmito gadu sākumā bija tikai 136,2 m (Kogen Nr. 1 elektrostacija Japānā). Lielākam ūdens spiedienam ir nepieciešamas Francis sūkņa turbīnas.
Hidroakumulācijas elektrostacija ir aprīkota ar augšējo un apakšējo rezervuāru. Ar nosacījumu, ka tiek uzkrāta vienāda enerģija, palielinot spiedienu, var samazināt uzglabāšanas jaudu, palielināt agregāta ātrumu un samazināt projekta izmaksas. Tāpēc strauji attīstās augsta spiediena enerģijas uzkrāšanas elektrostacijas virs 300 metriem. Francis sūkņa turbīna ar augstāko ūdens spiedienu pasaulē ir uzstādīta Beinabaštas elektrostacijā Dienvidslāvijā. Tās vienas vienības jauda ir 315 MW, un turbīnas ūdens spiediens ir 600,3 metri; sūkņa spiediens ir 623,1 m un rotācijas ātrums ir 428,6 R/min. Tā tika nodota ekspluatācijā 1977. gadā. Kopš 20. gadsimta hidroelektrostacijas ir attīstījušās, virzoties uz augstiem parametriem un lielu jaudu. Līdz ar enerģijas sistēmas jaudu pieaugumu un kodolenerģijas attīstību, lai atrisinātu saprātīgas maksimālās jaudas samazināšanas problēmu, valstis visā pasaulē aktīvi būvē hidroakumulācijas elektrostacijas, kā arī enerģiski attīsta vai paplašina liela mēroga elektrostacijas lielākajās ūdens sistēmās. Tāpēc strauji attīstās sūkņu turbīnas.
Kā spēka iekārta, kas pārveido ūdens plūsmas enerģiju rotējošā mehāniskā enerģijā, ūdens turbīna ir neaizstājama ūdens turbīnu ģeneratora komplekta sastāvdaļa. Mūsdienās vides aizsardzības problēma kļūst arvien nopietnāka. Hidroenerģija, enerģijas ražošanas metode, izmantojot tīru enerģiju, arvien vairāk tiek izmantota un popularizēta. Lai pilnībā izmantotu dažādus hidrauliskos resursus, plašu uzmanību ir piesaistījuši arī paisumi, līdzenas upes ar nelielu kritumu un vienmērīgi viļņi, kas ir novedis pie cauruļveida turbīnu un citu mazu agregātu straujas attīstības.
Publicēšanas laiks: 2022. gada 6. aprīlis
