Dalam landskap tenaga bersih, kuasa hidro berdiri sebagai tonggak penting transformasi tenaga, berkat sifatnya yang boleh diperbaharui, kos rendah, dan keupayaan pengimbangan beban puncak yang kuat. Daripada turbin besar Empangan Three Gorges hingga aliran perlahan loji kuasa hidro kecil di kawasan pergunungan, putaran turbin sentiasa disertai dengan penukaran tenaga daripada "tenaga keupayaan air → tenaga mekanikal → tenaga elektrik." Daya tarikan teras kuasa hidro terletak pada kebolehsuaian unit penjana turbin kuasa hidro yang sangat baik di bawah keadaan kepala air dan aliran yang berbeza. Model demonstrasi dinamik ini, melalui replikasi tepat jenis turbin arus perdana seperti turbin tindak balas dan turbin impuls, mempamerkan kepintaran unik interaksi antara turbin dan aliran air. (1) Model Turbin Tindak Balas: Pertukaran Tenaga "Merangkul" antara Aliran Air dan Bilah Model turbin Francis ialah "serbaguna" yang paling banyak digunakan. Model ini menghasilkan semula struktur teras unit 700MW di Stesen Janakuasa Three Gorges pada skala 1:25. Pelari ini mempunyai diameter 30cm dan terdiri daripada 13 bilah yang diperkemas (sudut masuk 15°, sudut keluar 20°) yang disusun secara jejari; mengelilingi pelari adalah bilah panduan boleh laras (24 bilah, diperbuat daripada plastik ABS dan komposit bingkai logam), disambungkan kepada "cincin pengatur," yang boleh melaraskan bukaan bilah panduan (0-30°). Selongsong lutsinar diperbuat daripada akrilik tuangan. Air (daripada sistem air yang beredar yang dipacu oleh pam mikro) mengalir secara sekata ke dalam selongsong dari semua sisi, dipandu oleh bilah panduan, dan memberi impak kepada bilah pelari pada kelajuan aliran simulasi 20m/s, memacu pelari berputar (150 rpm, sepadan dengan 125 rpm unit sebenar). Teras demonstrasi dinamik terletak pada penukaran tenaga "pengambilan air lilitan": Apabila bukaan bilah panduan dilaraskan kepada 20°, meter aliran menunjukkan "kadar aliran simulasi 5L/s", meter kelajuan stabil pada 150 rpm, dan model penjana mengeluarkan 220V. Apabila mensimulasikan "peningkatan aliran semasa musim banjir" (ram panduan terbuka sepenuhnya), kelajuan turbin meningkat kepada 180 rpm, dan voltan meningkat kepada 240V. Skrin secara serentak memaparkan "Turbin Francis sesuai untuk turus air 50-700m dan boleh mencapai kecekapan 95%". Reka bentuk ini menjadikan prinsip tindak balas "perbezaan tekanan pada kedua-dua belah bilah yang memacu turbin" intuitif, menjelaskan dengan sempurna mengapa turbin Francis merupakan pilihan pilihan untuk turus air yang tinggi dan kadar aliran yang besar. Model turbin aliran paksi mempamerkan kelebihan "pengambilan air paksi" untuk turus air yang rendah, menampilkan kedua-dua jenis bilah tetap dan boleh laras. Model bilah boleh laras mempunyai rotor berdiameter 40cm dengan 6 bilah yang berputar mengikut keadaan aliran air (dikawal oleh motor servo mikro), dengan julat pelarasan sudut bilah -10° hingga +15°. Ram panduan dan rotor disusun secara sepaksi, dengan air mengalir secara paksi ke dalam rotor. Bilah berputar di bawah kesan gabungan tujahan air dan putarannya sendiri. Ciri interaktif "pelarasan kepala air" model ini adalah unik: Apabila penonton memilih "tulang air rendah 3-5m" (contohnya, sungai di dataran), sudut bilah dilaraskan kepada +15° (meningkatkan kawasan sentuhan air), bukaan bilah panduan ialah 30°, dan kelajuan rotor ialah 60 rpm; bertukar kepada "tulang air sederhana 10-30m", sudut bilah dilaraskan kepada 0°, kelajuan meningkat kepada 100 rpm, dan skrin memaparkan "Turbin aliran paksi boleh mencapai kecekapan sebanyak 92% pada kadar aliran tinggi dan kepala air rendah". Demonstrasi perbandingan turbin pic boleh laras dan pic tetap mempunyai nilai pendidikan yang lebih besar: Di bawah kadar aliran yang sama, turbin pic boleh laras, dengan melaraskan sudut bilah, mencapai kecekapan 8-10% lebih tinggi daripada turbin pic tetap (lengkung kecekapan dipaparkan dalam masa nyata pada skrin), menggambarkan secara intuitif kelebihan teknikal "turbin pic boleh laras yang dapat menyesuaikan diri dengan julat kadar aliran yang lebih luas." Perbandingan ini amat penting dalam pengajaran tentang kuasa hidro kecil di kawasan pengairan, membantu pelajar memahami "mengapa turbin aliran paksi sering digunakan dalam projek kuasa hidro kecil luar bandar." Model turbin aliran condong ialah "pakar penyesuaian kepala," dengan paksi bilah pelarinya pada sudut 45° ke aci utama (antara turbin aliran campuran dan aliran paksi). Bilah model boleh dilaraskan secara segerak (dari -5° hingga +25°), dengan bilah panduan dan pelari melaraskan bersama. Apabila kepala simulasi meningkat dari 40m ke 120m, sudut bilah melaraskan secara automatik dari +25° hingga -5°, mengekalkan kelajuan pelari yang stabil pada 120 rpm, menunjukkan ciri "kecekapan tinggi berbanding variasi kepala 3 kali ganda." Selongsong lutsinar membolehkan pemerhatian yang jelas tentang laluan aliran yang unik, dan peta kontur kecekapan pada skrin membantu penonton memahami "kebolehsuaiannya antara turbin aliran campuran dan aliran paksi."
(2) Model Turbin Impuls: Pelepasan Tenaga “Jenis Perlanggaran” bagi Aliran Air dan Bilah
Model turbin Pelton ialah "juara kuasa" untuk aplikasi kepala tinggi, mereplikasi reka bentuk klasik stesen janakuasa Leonhard di Switzerland. 12 baldi berbentuk cawan (setiap satu dengan kapasiti 50mL, diperbuat daripada tembaga bersalut krom) diagihkan secara sama rata di sekitar pelari (diameter 25cm); "muncung" (diameter 0.5cm) berputar 360°. Air bertekanan tinggi (disediakan oleh pam pelocok, mensimulasikan kepala 500-1000m) membentuk jet berkelajuan tinggi (50m/s) yang memberi impak tepat kepada "pembahagi" baldi, menukar tenaga kinetik air kepada tenaga mekanikal pelari yang berputar. Kemuncak demonstrasi dinamik ialah pemindahan tenaga melalui "impak jet": Apabila muncung tunggal diaktifkan, jet air yang memberi impak kepada roda turbin menghasilkan "daya tindak balas" yang ketara (pecutan serta-merta rotor), mencapai 300 rpm dan kuasa output penjana simulasi sebanyak 500W. Dengan dua muncung (disusun secara simetri), kelajuan meningkat kepada 580 rpm dan kuasa kepada 980W. Skrin memaparkan bahawa "kecekapan turbin jenis ini boleh mencapai 90% di bawah paras air yang tinggi, dan air tidak memasuki selongsong, menjadikannya sesuai untuk air dengan kandungan sedimen yang tinggi." Reka bentuk ini dengan jelas menggambarkan prinsip bahawa "pemindahan tenaga kinetik tidak bergantung pada tekanan air, tetapi semata-mata pada kesan aliran air berkelajuan tinggi," menjelaskan dengan sempurna mengapa ia sesuai untuk "loji kuasa hidro pergunungan dengan paras lebih 100m." Model turbin hentaman condong menunjukkan kebolehsuaian fleksibel "hentaman jet serong," dengan muncung bersudut 22.5° pada satah roda turbin, air secara serong memberi impak kepada bilah berbentuk sudu (18 bilah). Ciri interaktif membolehkan penonton melaraskan sudut muncung, memerhatikan perubahan dalam kelajuan rotor—penurunan 10-15% apabila sudut menyimpang daripada 22.5°, menggambarkan kesan ketepatan sudut pada kecekapan. Model jenis ini sering digunakan untuk menggambarkan "kuasa hidro berskala kecil di kawasan pergunungan," sesuai untuk "sistem tenaga teragih dengan turus 20-300m dan kadar aliran kecil." Model turbin impak berganda memaksimumkan penggunaan tenaga dengan "air memberi impak kepada bilah dua kali." Roda turbin mempunyai dua lapisan bilah; selepas impak pertama, air mengalir melalui roda untuk memberi impak kepada lapisan bawah. Roda lutsinar membolehkan penonton melihat laluan "impak berganda". Skrin memaparkan bahawa "walaupun kecekapan reka bentuk impak berganda sedikit lebih rendah (75-85%), strukturnya yang ringkas dan kosnya yang rendah menjadikannya sesuai untuk kuasa mikro hidro luar bandar." Reka bentuk ini menjadikan "kebijaksanaan penggunaan tenaga dalam reka bentuk mudah" mudah dilihat. (3) Jenis Khas Model Turbin Hidro: Reka Bentuk Inovatif untuk Keadaan Ekstrem
Model turbin mentol ialah penyelesaian "profil rata" untuk loji kuasa hidro berkepala rendah. Ia mempunyai struktur "berbentuk mentol"—penjana ditempatkan di dalam selongsong berbentuk mentol di laluan aliran air, dan rotor turbin disambungkan terus ke aci penjana (tiada selongsong lingkaran). Air mengalir secara paksi melalui unit. Untuk ketinggian kepala simulasi 2-8m (cth., loji janakuasa pasang surut), rotor (diameter 40cm, 8 bilah melengkung) berputar pada 80 rpm. Skrin memaparkan "Turbin mentol boleh mencapai kecekapan sehingga 88%, sesuai untuk loji janakuasa dasar sungai, dengan kos kejuruteraan awam yang rendah." Selongsong lutsinar jelas menunjukkan ciri "aliran air terus", menjelaskan penggunaannya yang meluas dalam aplikasi kepala rendah seperti saluran pasang surut dan pengairan. Model turbin pasang surut menunjukkan penjanaan kuasa dwiarah. Bilah rotornya mempunyai reka bentuk "bentuk-S" simetri, yang membolehkan rotor berputar tanpa mengira sama ada air mengalir dari kiri ke kanan atau kanan ke kiri (60 rpm). Model ini dikaitkan dengan "tangki simulasi pasang surut" yang menggunakan paras air yang naik dan turun untuk menghasilkan aliran salingan, menunjukkan kitaran "penjanaan kuasa semasa air pasang → penjanaan kuasa semasa air surut → penutupan semasa air pasang." Skrin memaparkan "Turbin pasang surut menggunakan graviti bulan, boleh diperbaharui dan sangat boleh diramal." Reka bentuk ini menjadikan sinergi antara "tenaga bersih dan irama semula jadi" jelas secara visual.
Masa siaran: 10-Sep-2025
