Er bestaan veel verschillende soorten waterkrachtcentrales. Vandaag zal ik de axiale turbines in detail bespreken. De toepassing van axiale turbines is de laatste jaren vooral gericht op de ontwikkeling van turbines met een hoge valhoogte en een groot formaat. De binnenlandse markt voor axiale turbines ontwikkelt zich snel. Zo zijn er twee axiale schoepenturbines geïnstalleerd in de waterkrachtcentrale van Gezhouba. Een daarvan heeft een diameter van 11,3 meter, wat momenteel de grootste turbine in zijn soort ter wereld is. Hieronder volgen de voor- en nadelen van axiale turbines.
Voordelen van een axiale turbine
In vergelijking met Francis-turbines hebben axiale turbines de volgende belangrijkste voordelen:
1. Hoge specifieke snelheid en goede energie-eigenschappen. Daardoor zijn de snelheid en het debiet per eenheid hoger dan die van een Francis-turbine. Bij dezelfde waterdruk en vermogensomstandigheden kan de turbinegeneratorunit aanzienlijk kleiner worden, het gewicht ervan worden verlaagd en materiaal worden bespaard, waardoor deze zeer economisch is.
2. De vorm en ruwheid van het schoepoppervlak van de rotorbladen van de axiale turbine voldoen gemakkelijk aan de fabricage-eisen. Omdat de schoepen van de axiale turbine kunnen roteren, is het gemiddelde rendement hoger dan dat van de gemengde turbine. Bij veranderingen in belasting en waterdruk verandert het rendement niet veel.
3. De schoepen van de axiale schoepenradturbine kunnen worden gedemonteerd, wat handig is voor de productie en het transport.
De axiale turbine kan daardoor een groter werkingsbereik stabieler houden, met minder trillingen, een hoger rendement en een hogere output. Bij lage valhoogtes heeft hij de Francis-turbine vrijwel volledig vervangen. De afgelopen decennia is er zowel qua vermogen per eenheid als qua benutting van de waterhoogte een grote ontwikkeling geweest, en de toepassingsmogelijkheden zijn zeer breed.
Nadelen van een axiale turbine
De axiale turbine heeft echter ook nadelen en beperkt daardoor het toepassingsgebied. De belangrijkste nadelen zijn:
1. Het aantal bladen is klein en de constructie is vrijdragend, waardoor de sterkte gering is en de constructie niet geschikt is voor waterkrachtcentrales met een gemiddelde tot hoge valhoogte.
2. Door het grote debiet en de hoge snelheid van de turbine is de aanzuighoogte kleiner dan bij een Francis-turbine onder dezelfde valhoogte. Dit resulteert in een grotere uitgravingsdiepte voor de fundering van de energiecentrale en relatief hoge investeringskosten.
Gezien de bovengenoemde tekortkomingen van axiale turbines worden bij de fabricage van turbines hoogwaardige, anti-cavitatiematerialen gebruikt en wordt de sterkte van de schoepen in het ontwerp verbeterd, waardoor de toepassingshoogte van axiale turbines voortdurend toeneemt. Momenteel ligt de toepassingshoogte van de axiale schoepenturbine tussen de 3 en 90 meter, waarmee deze het bereik van de Francis-turbine heeft bereikt. Zo bedraagt het maximale vermogen van een enkele axiale schoepenturbine in het buitenland 181.700 kW, de maximale opvoerhoogte 88 meter en de rotordiameter 10,3 meter. Het maximale vermogen van een enkele axiale schoepenturbine die in ons land wordt geproduceerd, bedraagt 175.000 kW, de maximale opvoerhoogte 78 meter en de maximale rotordiameter 11,3 meter. De axiale schoepenturbine met vaste propeller heeft vaste schoepen en een eenvoudige structuur, maar is niet geschikt voor waterkrachtcentrales met grote schommelingen in opvoerhoogte en belasting. Het heeft een stabiele waterhoogte en dient als basislast of als onderdeel van een grootschalige energiecentrale met meerdere eenheden. Bij seizoensgebonden stroomoverschotten is een economische vergelijking mogelijk. Het kan worden overwogen. Het toepassingsgebied ligt tussen 3 en 50 meter. Axiale schoepenradturbines maken over het algemeen gebruik van verticale installaties. Het werkingsprincipe is in principe hetzelfde als dat van Francis-turbines. Het verschil is dat bij veranderende belasting niet alleen de rotatie van de geleideschoepen wordt geregeld, maar ook de rotatie van de loopbladen wordt aangepast om een hoog rendement te behouden.
Eerder hebben we ook Francis-turbines besproken. Binnen de turbinegeneratoren bestaat er nog steeds een groot verschil tussen Francis-turbines en axiale turbines. Zo is bijvoorbeeld de structuur van hun rotorbladen anders. De bladen van Francis-turbines lopen vrijwel parallel aan de hoofdas, terwijl die van axiale turbines vrijwel loodrecht op de hoofdas staan.
Geplaatst op: 11 november 2021
