Ūdens turbīnu skrējēji: veidi un tehniskās specifikācijas

Ūdens turbīnas ir galvenās hidroenerģijas sistēmu sastāvdaļas, kas pārveido plūstoša vai krītoša ūdens enerģiju mehāniskajā enerģijā. Šī procesa pamatā irskrējējs, turbīnas rotējošā daļa, kas tieši mijiedarbojas ar ūdens plūsmu. Skriemeļa konstrukcija, tips un tehniskās specifikācijas ir ļoti svarīgas, lai noteiktu turbīnas efektivitāti, darba spiediena diapazonu un pielietojuma scenārijus.

1. Ūdens turbīnu skrējēju klasifikācija

Ūdens turbīnu skrējēji parasti tiek iedalīti trīs galvenajās kategorijās, pamatojoties uz ūdens plūsmas veidu, ko tie apstrādā:

A. Impulsu skrējēji

Impulsa turbīnas darbojas ar ātrgaitas ūdens strūklām, kas atmosfēras spiedienā ietriecas rotora lāpstiņās. Šīs rotora lāpstiņas ir paredzētasaugsts spiediens, zema plūsmalietojumprogrammas.

• Peltona skrējējs:

  • StruktūraKarotes formas spaiņi, kas uzmontēti uz riteņa perifērijas.

  • Galvas diapazons100–1800 metri.

  • ĀtrumsZems rotācijas ātrums; bieži vien nepieciešami ātruma palielinātāji.

  • PieteikumiKalnaini apgabali, ārpus tīkla pieslēgta mikrohidroenerģija.

B. Reakcijas skrējēji

Reakcijas turbīnas darbojas ar ūdens spiedienu, kas pakāpeniski mainās, ūdenim plūstot cauri spolītei. Šīs spolītes ir iegremdētas un darbojas zem ūdens spiediena.

• Francis Runner:

  • StruktūraJaukta plūsma ar iekšējo radiālo un aksiālo kustību.

  • Galvas diapazons20–300 metri.

  • EfektivitāteAugsts, parasti virs 90%.

  • PieteikumiPlaši izmanto vidēja spiediena hidrostacijās.

• Kaplana skrējējs:

  • StruktūraAksiāla plūsmas rullītis ar regulējamām lāpstiņām.

  • Galvas diapazons2–30 metri.

  • FunkcijasRegulējami asmeņi nodrošina augstu efektivitāti dažādās slodzēs.

  • PieteikumiZema spiediena, lielas plūsmas upes un paisuma pielietojumi.

• Propellera skrējējs:

  • StruktūraLīdzīgi kā Kaplanam, bet ar fiksētiem asmeņiem.

  • EfektivitāteOptimāli tikai pastāvīgas plūsmas apstākļos.

  • PieteikumiMazas hidroelektrostacijas ar stabilu plūsmu un spiedienu.

C. Citi skrējēju veidi

• Turgo skrējējs:

  • StruktūraŪdens strūklas trāpa skrējējam leņķī.

  • Galvas diapazons50–250 metri.

  • PriekšrocībaLielāks rotācijas ātrums nekā Peltonam, vienkāršāka konstrukcija.

  • PieteikumiMazas un vidējas hidroelektrostacijas.

• Šķērsplūsmas skrējējs (Banki-Michell turbīna):

  • StruktūraŪdens plūst caur skrūvīti šķērsvirzienā, divas reizes.

  • Galvas diapazons2–100 metri.

  • FunkcijasPiemērots mazām hidroelektrostacijām un mainīgai plūsmai.

  • PieteikumiBezvadu sistēmas, mini hidroelektrostacijas.

2. Skrējēju galvenās tehniskās specifikācijas

Dažādu veidu skrējējiem nepieciešama rūpīga uzmanība to tehniskajiem parametriem, lai nodrošinātu optimālu sniegumu:

3. Atlases kritēriji

Izvēloties skrējēja veidu, inženieriem jāņem vērā:

• Spiediens un plūsma: Nosaka, vai izvēlēties impulsu vai reakciju.

• Vietnes apstākļiUpes mainīgums, nogulumu slodze, sezonālās izmaiņas.

• Darbības elastībaNepieciešama lāpstiņu regulēšana vai plūsmas pielāgošana.

• Izmaksas un uzturēšanaVienkāršākus skrējējus, piemēram, Pelton vai Propeller, ir vieglāk uzturēt.

4. Nākotnes tendences

Līdz ar skaitļošanas šķidrumu dinamikas (CFD) un 3D metāla drukāšanas sasniegumiem turbīnu ruļļu dizains attīstās, lai:

• Augstāka efektivitāte mainīgās plūsmās

• Pielāgoti sliedes konkrētiem vietas apstākļiem

• Kompozītmateriālu izmantošana vieglāku un korozijizturīgāku asmeņu ražošanai

Secinājums

Ūdens turbīnu lokomotīves ir hidroenerģijas pārveidošanas stūrakmens. Izvēloties atbilstošu lokomotīves veidu un optimizējot tās tehniskos parametrus, hidroelektrostacijas var sasniegt augstu efektivitāti, ilgu kalpošanas laiku un samazinātu ietekmi uz vidi. Neatkarīgi no tā, vai tā ir maza mēroga lauku elektrifikācija vai lielas, tīklam pieslēgtas elektrostacijas, lokomotīve joprojām ir atslēga uz hidroenerģijas pilna potenciāla atraisīšanu.