Breve introdução e vantagens da turbina de fluxo axial

Existem muitos tipos de geradores hidrelétricos. Hoje, vamos apresentar em detalhes o gerador hidrelétrico de fluxo axial. A aplicação do gerador hidrelétrico de fluxo axial nos últimos anos tem se concentrado principalmente no desenvolvimento de usinas de grande porte e com alta queda d'água. O desenvolvimento de turbinas de fluxo axial no mercado interno também está ocorrendo rapidamente. Há dois tipos de turbinas de fluxo axial com pás instaladas na usina hidrelétrica de Gezhouba, uma das quais possui um diâmetro de rotor de 11,3 m, que é o diâmetro de rotor de turbinas similares em todo o mundo. A seguir, apresentamos as vantagens e desvantagens da turbina de fluxo axial de médio porte.

Vantagens da turbina de fluxo axial
Em comparação com a turbina Francis, a turbina de fluxo axial apresenta as seguintes vantagens principais:
1. Alta velocidade específica e boas características energéticas. Portanto, sua velocidade e vazão por unidade são maiores do que as de uma turbina Francis. Sob as mesmas condições de queda e potência de saída, ela pode reduzir significativamente o tamanho da unidade geradora de turbina hidráulica, diminuir o peso da unidade e economizar no consumo de materiais, apresentando, assim, alta vantagem econômica.
2. O formato e a rugosidade da superfície das pás do rotor da turbina de fluxo axial atendem facilmente aos requisitos de fabricação. Como as pás da turbina de fluxo axial podem girar, a eficiência média é maior do que a da turbina Francis. Quando a carga e a queda d'água variam, a eficiência sofre pouca alteração.
3. As pás do rotor da turbina de fluxo axial podem ser desmontadas para facilitar a fabricação e o transporte.

Portanto, a turbina de fluxo axial mantém-se estável em uma ampla faixa de operação, apresenta menor vibração e possui alta eficiência e potência. Em baixas quedas d'água, ela praticamente substitui a turbina Francis. Nas últimas décadas, houve um grande desenvolvimento e ampla aplicação em termos de capacidade unitária e queda d'água.

3. Desvantagens da turbina de fluxo axial
No entanto, a turbina de fluxo axial também apresenta desvantagens e limita seu escopo de aplicação. Suas principais desvantagens são:
1. O número de pás é pequeno e elas são em balanço, portanto a resistência é baixa e não podem ser aplicadas em usinas hidrelétricas de média e alta queda.
2. Devido à grande vazão unitária e à alta velocidade unitária, possui uma altura de sucção menor do que a turbina Francis sob a mesma queda d'água, resultando em uma grande profundidade de escavação e um investimento relativamente alto na fundação da usina.

Devido às deficiências mencionadas acima em relação às turbinas de fluxo axial, a faixa de queda de aplicação dessas turbinas tem sido continuamente aprimorada com a adoção de novos materiais de alta resistência e resistência à cavitação em sua fabricação, além da melhoria das condições de tensão das pás em seu projeto. Atualmente, a faixa de queda de aplicação das turbinas de fluxo axial é de 3 a 90 m, aproximando-se da faixa de aplicação das turbinas Francis. Por exemplo, a potência de uma turbina de fluxo axial importada é de 181.700 kW, a queda é de 88 m e o diâmetro do rotor é de 10,3 m. Já a potência de uma turbina de fluxo axial produzida na China é de 175.000 kW, a queda é de 78 m e o diâmetro do rotor é de 11,3 m. As turbinas de fluxo axial com pás fixas possuem pás fixas e estrutura simples, mas não são adequadas para usinas hidrelétricas com grandes variações de queda e carga. Para grandes usinas hidrelétricas com queda d'água estável e que servem como carga base ou unidades múltiplas, também pode ser considerada após comparação econômica, quando a energia elétrica sazonal é abundante. Sua faixa de queda d'água aplicável é de 3 a 50 m. A turbina de hélice de fluxo axial geralmente adota um dispositivo vertical e seu processo de funcionamento é basicamente o mesmo que o da turbina Francis. A diferença é que, quando a carga muda, ela não apenas regula a rotação da pá guia, mas também a rotação da pá do rotor para manter alta eficiência.

Já apresentamos a turbina Francis anteriormente. Entre os geradores hidrelétricos, a turbina Francis é muito diferente da turbina de fluxo axial. Por exemplo, o formato estrutural de seus rotores é diferente. As pás da turbina Francis são quase paralelas ao eixo principal, enquanto as da turbina de fluxo axial são quase perpendiculares a ele.