Ūdens turbīna, no kurām visizplatītākās ir Kaplana, Peltona un Francisa turbīnas, ir liela rotācijas mašīna, kas darbojas, lai kinētisko un potenciālo enerģiju pārvērstu hidroelektroenerģijā. Šie modernie ūdensrata ekvivalenti rūpnieciskai enerģijas ražošanai un nesen arī hidroenerģijas ražošanai tiek izmantoti jau vairāk nekā 135 gadus.
Kam mūsdienās izmanto ūdens turbīnas?
Mūsdienās hidroenerģija veido 16 % no pasaules elektroenerģijas ražošanas apjoma. 19. gadsimtā ūdens turbīnas galvenokārt tika izmantotas rūpnieciskai enerģijai, pirms plaši izplatījās elektrotīkli. Pašlaik tās tiek izmantotas elektroenerģijas ražošanai, un tās var atrast dambjos vai vietās, kur notiek spēcīga ūdens plūsma.
Ņemot vērā globālo enerģijas pieprasījumu, kas strauji pieaug, un tādus faktorus kā klimata pārmaiņas un fosilā kurināmā izsīkšana, hidroelektroenerģijai ir potenciāls būtiski ietekmēt zaļās enerģijas veidu pasaules mērogā. Tā kā videi draudzīgu un tīru enerģijas avotu meklējumi turpinās, Francis turbīnas varētu izrādīties ļoti populārs un arvien vairāk pieņemts risinājums turpmākajos gados.
Kā ūdens turbīnas ražo elektrību?
Ūdens turbīnu enerģijas avots ir dabiski vai mākslīgi plūstoša ūdens radītais ūdens spiediens. Šī enerģija tiek uztverta un pārvērsta hidroelektroenerģijā. Hidroelektrostacija parasti izmanto aizsprostu uz aktīvas upes, lai uzkrātu ūdeni. Pēc tam ūdens tiek pakāpeniski izlaists, plūstot cauri turbīnai, to rotējot un aktivizējot ģeneratoru, kas savukārt ražo elektrību.
Cik lielas ir ūdens turbīnas?
Atkarībā no spiediena, ar kādu tās darbojas, ūdens turbīnas var iedalīt augsta, vidēja un zema spiediena turbīnās. Zema spiediena hidroelektrostacijas sistēmas ir lielākas, jo ūdens turbīnai ir jābūt lielai, lai sasniegtu lielu plūsmas ātrumu, vienlaikus pieliekot zemu ūdens spiedienu uz lāpstiņām. Savukārt augsta spiediena hidroelektrostacijām nav nepieciešams tik liels virsmas apkārtmērs, jo tās tiek izmantotas, lai izmantotu enerģiju no ātrāk plūstošiem ūdens avotiem.
Diagramma, kurā paskaidrots dažādu hidroenerģijas sistēmas daļu, tostarp ūdens turbīnas, izmērs.
Diagramma, kurā paskaidrots dažādu hidroenerģijas sistēmas daļu, tostarp ūdens turbīnas, izmērs.
Zemāk mēs paskaidrosim dažus dažādu ūdens turbīnu veidu piemērus, ko izmanto dažādiem lietojumiem un ūdens spiedienam.
Kaplana turbīna (spiediena augstums 0–60 m)
Šīs turbīnas ir pazīstamas kā aksiālās plūsmas reakcijas turbīnas, jo tās maina ūdens spiedienu, tam plūstot caur to. Kaplana turbīna atgādina propelleru un tai ir regulējamas lāpstiņas, lai maksimāli palielinātu efektivitāti dažādos ūdens un spiediena līmeņos.
Kaplana turbīnas diagramma
Peltona turbīna (spiediena augstums 300 m–1600 m)
Peltona turbīna jeb Peltona ritenis ir pazīstams kā impulsa turbīna, kas iegūst enerģiju no kustīga ūdens. Šī turbīna ir piemērota lietojumiem ar lielu spiedienu, jo tai ir nepieciešams liels ūdens spiediens, lai iedarbotos uz karotes formas spaiņiem un liktu diskam griezties un ģenerēt enerģiju.
Peltona turbīna
Francis turbīna (spiediena augstums 60–300 m)
Pēdējā un slavenākā ūdens turbīna, Francis turbīna, saražo 60% no pasaules hidroenerģijas. Darbojoties kā trieciena un reakcijas turbīna ar vidēju spiedienu, Francis turbīna apvieno aksiālās un radiālās plūsmas koncepcijas. Tādējādi turbīna aizpilda plaisu starp augsta un zema spiediena turbīnām, radot efektīvāku konstrukciju un izaicinot mūsdienu inženierus to vēl vairāk uzlabot.
Konkrētāk, Francis turbīna darbojas ar ūdeni, kas plūst caur spirālveida korpusu (statiskās) virzošajās lāpstiņās, kuras kontrolē ūdens plūsmu (kustīgo) rotora lāpstiņu virzienā. Ūdens piespiež rotoru griezties, izmantojot kombinēto triecienu un reakciju, un visbeidzot iziet no rotora caur vilkmes cauruli, kas izvada ūdens plūsmu ārējā vidē.
Kā izvēlēties ūdens turbīnas dizainu?
Optimālas turbīnas konstrukcijas izvēle bieži vien ir atkarīga no viena iemesla: jums pieejamā spiedienaugstuma un plūsmas ātruma. Kad esat noskaidrojis, kādu ūdens spiedienu varat izmantot, varat izlemt, vai labāk piemērota ir slēgta "reakcijas turbīnas konstrukcija", piemēram, Francis turbīna, vai atvērta "impulsa turbīnas konstrukcija", piemēram, Pelton turbīna.
Ūdens turbīnas diagramma
Visbeidzot, jūs varat noteikt nepieciešamo jūsu ierosinātā elektriskā ģeneratora griešanās ātrumu.
Publicēšanas laiks: 2022. gada 15. jūlijs
