Существует множество типов гидрогенераторов. Сегодня мы подробно рассмотрим осевой гидрогенератор. В последние годы применение осевых гидрогенераторов в основном связано с развитием технологий, обеспечивающих высокий напор воды и большие размеры. Развитие отечественных осевых турбин также идет быстрыми темпами. На построенной Гэчжоубской гидроэлектростанции установлены два типа осевых турбин с лопастным ротором, одна из которых имеет диаметр рабочего колеса 11,3 м, что является диаметром рабочего колеса аналогичных турбин в мире. Ниже приведены преимущества и недостатки осевых турбин среднего диаметра.
Преимущества осевой турбины
По сравнению с турбиной Фрэнсиса, осевая турбина имеет следующие основные преимущества:
1. Высокая удельная скорость и хорошие энергетические характеристики. Поэтому её удельная скорость и удельный расход выше, чем у турбины Фрэнсиса. При одинаковых условиях напора и выходной мощности она позволяет значительно уменьшить габариты гидротурбинного генератора, снизить вес агрегата и сэкономить материалы, что обеспечивает высокую экономическую выгоду.
2. Форма и шероховатость поверхности лопаток рабочего колеса осевой турбины легко соответствуют требованиям при изготовлении. Поскольку лопатки осевой пропеллерной турбины могут вращаться, средний КПД выше, чем у турбины Фрэнсиса. При изменении нагрузки и напора КПД изменяется незначительно.
3. Лопасти рабочего колеса осевой лопастной турбины могут быть разобраны для облегчения производства и транспортировки.
Таким образом, осевая турбина сохраняет стабильность в широком диапазоне рабочих режимов, имеет меньшую вибрацию, высокую эффективность и выходную мощность. В диапазоне низкого напора воды она практически заменяет турбину Фрэнсиса. В последние десятилетия она получила значительное развитие и широкое применение с точки зрения мощности и напора воды в отдельном агрегате.
3. Недостатки осевой турбины
Однако осевая турбина также имеет недостатки и ограничивает область своего применения. Ее основные недостатки:
1. Количество лопастей невелико, они выступают в консольном положении, поэтому обладают низкой прочностью и не могут применяться на гидроэлектростанциях со средним и высоким напором.
2. Из-за большого удельного расхода и высокой удельной скорости вращения, высота всасывания у этой турбины меньше, чем у турбины Фрэнсиса при том же напоре воды, что приводит к большой глубине котлована и относительно высоким инвестициям в фундамент электростанции.
В связи с вышеуказанными недостатками осевых турбин, напор в них постоянно улучшается за счет использования новых материалов с высокой прочностью и кавитационной стойкостью при изготовлении турбин, а также улучшения условий нагружения лопаток в конструкции. В настоящее время диапазон напора для осевых турбин составляет 3-90 м, что приближает их к турбинам Фрэнсиса. Например, мощность одной зарубежной осевой турбины составляет 181700 кВт, напор — 88 м, а диаметр рабочего колеса — 10,3 м. Мощность одной китайской осевой турбины составляет 175000 кВт, напор — 78 м, а диаметр рабочего колеса — 11,3 м. Осевая турбина с неподвижным пропеллером имеет неподвижные лопатки и простую конструкцию, но она не может быть адаптирована к гидроэлектростанциям с большими изменениями напора и нагрузки. Для крупных гидроэлектростанций со стабильным напором воды, работающих в качестве базовой нагрузки или в составе нескольких энергоблоков, этот вариант также может рассматриваться после экономического сравнения в периоды сезонного избытка электроэнергии. Диапазон применимого напора воды составляет 3-50 м. Осевая пропеллерная турбина, как правило, имеет вертикальное расположение, и ее рабочий процесс в основном аналогичен работе турбины Фрэнсиса. Разница заключается в том, что при изменении нагрузки регулируется не только вращение направляющих лопаток, но и вращение лопаток рабочего колеса для поддержания высокой эффективности.
Ранее мы уже рассказывали о турбине Фрэнсиса. Среди гидрогенераторов турбина Фрэнсиса сильно отличается от осевой турбины. Например, различаются конструктивные формы их рабочих колес. Лопасти турбины Фрэнсиса почти параллельны главному валу, тогда как лопатки осевой турбины почти перпендикулярны главному валу.
Дата публикации: 19 апреля 2022 г.
