Existuje mnoho druhov hydrogenerátorov. Dnes si podrobnejšie predstavíme axiálny hydrogenerátor. Aplikácia axiálnych hydrogenerátorov v posledných rokoch sa zameriava najmä na vývoj zariadení s vysokým spádom vody a veľkými rozmermi. Vývoj domácich axiálnych turbín je tiež rýchly. V postavenej vodnej elektrárni Gezhouba sú nainštalované dva druhy lopatkových axiálnych turbín, z ktorých jedna má priemer obežného kolesa 11,3 m, čo je priemer obežného kolesa podobných turbín na svete. Tu sú výhody a nevýhody stredne veľkých axiálnych turbín.
Výhody axiálnej turbíny
V porovnaní s Francisovou turbínou má axiálna turbína nasledujúce hlavné výhody:
1. Vysoká špecifická rýchlosť a dobré energetické charakteristiky. Preto sú jej jednotkové otáčky a jednotkový prietok vyššie ako pri Francisovej turbíne. Za rovnakých podmienok tlaku a výkonu môže výrazne zmenšiť veľkosť hydraulickej turbíny, znížiť hmotnosť jednotky a ušetriť spotrebu materiálu, čo má vysoké ekonomické výhody.
2. Tvar povrchu a drsnosť povrchu lopatiek obežného kolesa axiálnej turbíny sa dajú ľahko splniť výrobné požiadavky. Pretože lopatky axiálnej vrtuľovej turbíny sa môžu otáčať, priemerná účinnosť je vyššia ako u Francisovej turbíny. Pri zmene zaťaženia a tlaku sa účinnosť mení len málo.
3. Lopatky obežného kolesa axiálnej lopatkovej turbíny je možné rozobrať, aby sa uľahčila výroba a preprava.
Axiálna turbína si preto udržiava stabilitu v širokom prevádzkovom rozsahu, má menšie vibrácie a vysokú účinnosť a výkon. V rozsahu nízkeho spádu vody takmer nahrádza Francisovu turbínu. V posledných desaťročiach zaznamenala veľký rozvoj a široké uplatnenie z hľadiska výkonu a spádu jednej jednotky.
3. Nevýhody axiálnej turbíny
Axiálna turbína má však aj nevýhody a obmedzuje jej rozsah použitia. Jej hlavné nevýhody sú:
1. Počet lopatiek je malý a konzolový, takže pevnosť je nízka a nemožno ju použiť na vodné elektrárne so stredným a vysokým tlakom.
2. Vzhľadom na veľký jednotkový prietok a vysokú jednotkovú rýchlosť má menšiu saciu výšku ako Francisova turbína pri rovnakom spáde vody, čo má za následok veľkú hĺbku výkopu a relatívne vysoké investície do základov elektrárne.
Vzhľadom na vyššie uvedené nedostatky axiálnych turbín sa aplikačný spád axiálnych turbín neustále zlepšuje používaním nových materiálov s vysokou pevnosťou a odolnosťou voči kavitácii pri výrobe turbín a zlepšovaním napäťových podmienok lopatiek v konštrukcii. V súčasnosti je rozsah aplikačného spádu axiálnych vrtuľových turbín 3-90 m, čo sa dostalo do oblasti Francisových turbín. Napríklad výkon jednej zahraničnej axiálnej vrtuľovej turbíny je 181 700 kW, spád je 88 m a priemer obežného kolesa je 10,3 m. Jednotlivý výkon axiálnej vrtuľovej turbíny vyrobenej v Číne je 175 000 kW, spád je 78 m a priemer obežného kolesa je 11,3 m. Axiálna turbína s pevnou vrtuľou má pevné lopatky a jednoduchú konštrukciu, ale nemôže sa prispôsobiť vodným elektrárňam s veľkými zmenami spádu a zaťaženia. Pre veľké vodné elektrárne so stabilným spádom, ktoré slúžia ako základné zaťaženie alebo viacero jednotiek, je možné ju po ekonomickom porovnaní zvážiť aj pri sezónnom dostatku elektrickej energie. Jeho použiteľný rozsah vodného spádu je 3 – 50 m. Axiálna vrtuľová turbína má vo všeobecnosti vertikálne zariadenie a jej pracovný proces je v podstate rovnaký ako pri Francisovej turbíne. Rozdiel je v tom, že pri zmene zaťaženia reguluje nielen otáčanie vodiacej lopatky, ale aj otáčanie obežného kolesa, aby sa udržala vysoká účinnosť.
Francisovu turbínu sme už predstavili. Medzi hydrogenerátormi sa Francisova turbína veľmi líši od axiálnej turbíny. Napríklad konštrukčné tvary ich obežného kolesa sú odlišné. Lopatky Francisovej turbíny sú takmer rovnobežné s hlavným hriadeľom, zatiaľ čo lopatky axiálnej turbíny sú takmer kolmé na hlavný hriadeľ.
Čas uverejnenia: 19. apríla 2022
