Vodné turbínové obežné kolesá: Typy a technické špecifikácie

Vodné turbíny sú kľúčovými komponentmi hydroenergetických systémov, ktoré premieňajú energiu tečúcej alebo padajúcej vody na mechanickú energiu. Jadrom tohto procesu jebežec, rotačná časť turbíny, ktorá priamo interaguje s prúdením vody. Konštrukcia, typ a technické špecifikácie obežného kolesa sú rozhodujúce pri určovaní účinnosti turbíny, rozsahu prevádzkového tlaku a scenárov použitia.

1. Klasifikácia obežných kolies vodných turbín

Obežné kolesá vodných turbín sa vo všeobecnosti delia do troch hlavných kategórií podľa typu prietoku vody, ktorými manipulujú:

A. Impulzní bežci

Impulzné turbíny pracujú s vysokorýchlostnými vodnými prúdmi, ktoré narážajú na lopatky obežného kolesa pri atmosférickom tlaku. Tieto obežné kolesá sú určené prevysoký výtlak, nízky prietokaplikácie.

• Peltonov bežec:

  • ŠtruktúraVedrá v tvare lyžice namontované na obvode kolesa.

  • Rozsah hlavy: 100 – 1800 metrov.

  • RýchlosťNízka rýchlosť otáčania; často vyžaduje zvyšovače rýchlosti.

  • AplikácieHorské oblasti, mikrovodné elektrárne nezávislé od siete.

B. Reakcie bežcov

Reakčné turbíny pracujú s postupnou zmenou tlaku vody pri jej prechode cez obežné koleso. Tieto obežné kolesá sú ponorené a pracujú pod tlakom vody.

• František Runner:

  • ŠtruktúraZmiešaný tok s radiálnym a axiálnym pohybom smerom dovnútra.

  • Rozsah hlavy: 20 – 300 metrov.

  • EfektívnosťVysoká, zvyčajne nad 90 %.

  • AplikácieŠiroko používaný vo vodných elektrárňach so stredným tlakom.

• Kaplan Runner:

  • ŠtruktúraAxiálny prietokový kanál s nastaviteľnými lopatkami.

  • Rozsah hlavy: 2–30 metrov.

  • FunkcieNastaviteľné čepele umožňujú vysokú účinnosť pri rôznych zaťaženiach.

  • AplikácieRieky s nízkym spádom, vysokým prietokom a aplikácie pre príliv a odliv.

• Vrtuľový bežec:

  • ŠtruktúraPodobné ako Kaplan, ale s pevnými čepeľami.

  • EfektívnosťOptimálne iba za podmienok konštantného prietoku.

  • AplikácieMalé vodné elektrárne so stabilným prietokom a spádom.

C. Iné typy bežcov

• Turgo Runner:

  • ŠtruktúraVodné prúdy narážajú na žľab pod uhlom.

  • Rozsah hlavy: 50 – 250 metrov.

  • VýhodaVyššia rýchlosť otáčania ako Pelton, jednoduchšia konštrukcia.

  • AplikácieMalé až stredné vodné elektrárne.

• Priečne prúdiaci kanál (Banki-Michell turbína):

  • ŠtruktúraVoda preteká cez žľab priečne, dvakrát.

  • Rozsah hlavy: 2–100 metrov.

  • FunkcieVhodné pre malé vodné elektrárne a premenlivý prietok.

  • AplikácieSystémy nezávislé od siete, mini vodné elektrárne.

2. Kľúčové technické špecifikácie bežcov

Rôzne typy bežcov si vyžadujú starostlivú pozornosť venovanú ich technickým parametrom, aby sa zabezpečil optimálny výkon:

3. Kritériá výberu

Pri výbere typu bežca musia inžinieri zvážiť:

• Hlava a prietokUrčuje, či zvoliť impulz alebo reakciu.

• Podmienky lokalityPremenlivosť rieky, zaťaženie sedimentmi, sezónne zmeny.

• Prevádzková flexibilitaPotreba nastavenia lopatiek alebo prispôsobenia prietoku.

• Náklady a údržbaJednoduchšie bežce ako Pelton alebo Propeller sa ľahšie udržiavajú.

4. Budúce trendy

S pokrokom v oblasti výpočtovej dynamiky tekutín (CFD) a 3D tlače kovov sa návrh obežných kolies turbín vyvíja smerom k:

• Vyššia účinnosť pri premenlivých prietokoch

• Prispôsobené bežce pre špecifické podmienky na stavenisku

• Použitie kompozitných materiálov pre ľahšie a koróziou odolné čepele

Záver

Obežné kolesá vodných turbín sú základným kameňom premeny vodnej energie. Výberom vhodného typu obežného kolesa a optimalizáciou jeho technických parametrov môžu vodné elektrárne dosiahnuť vysokú účinnosť, dlhú životnosť a znížený vplyv na životné prostredie. Či už ide o malú elektrifikáciu vidieckych oblastí alebo veľké elektrárne pripojené k sieti, obežné koleso zostáva kľúčom k uvoľneniu plného potenciálu vodnej energie.