บทนำโดยสังเขปเกี่ยวกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันคาปลัน

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำมีหลายประเภท วันนี้ผมจะแนะนำเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำแบบไหลตามแนวแกนโดยละเอียด การใช้งานเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกังหันไหลตามแนวแกนในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาส่วนใหญ่เน้นไปที่การพัฒนาสำหรับพื้นที่ที่มีระดับความสูงของน้ำสูงและขนาดใหญ่ กังหันไหลตามแนวแกนในประเทศจีนกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว กังหันแบบใบพัดไหลตามแนวแกนสองตัวที่ติดตั้งที่สถานีไฟฟ้าพลังน้ำเกอโจวบาได้ถูกสร้างขึ้นแล้ว หนึ่งในนั้นมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 11.3 เมตร ซึ่งปัจจุบันเป็นกังหันที่ใหญ่ที่สุดในโลก ต่อไปนี้คือข้อดีและข้อเสียของกังหันไหลตามแนวแกน

ข้อดีของกังหันแบบไหลตามแนวแกน
เมื่อเปรียบเทียบกับกังหันฟรานซิส กังหันแบบไหลตามแนวแกนมีข้อดีหลักๆ ดังต่อไปนี้:
1. มีความเร็วจำเพาะสูงและมีคุณสมบัติทางพลังงานที่ดี ดังนั้น ความเร็วต่อหน่วยและอัตราการไหลต่อหน่วยจึงสูงกว่ากังหันฟรานซิส ภายใต้สภาวะระดับน้ำและผลผลิตที่เท่ากัน สามารถลดขนาดของหน่วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหัน ลดน้ำหนักของหน่วย และประหยัดการใช้วัสดุได้อย่างมาก จึงมีความคุ้มค่าสูง
2. รูปทรงและค่าความหยาบของพื้นผิวใบพัดของกังหันน้ำแบบไหลตามแนวแกนสามารถตอบสนองความต้องการในการผลิตได้ง่าย เนื่องจากใบพัดของกังหันน้ำแบบหมุนตามแนวแกนสามารถหมุนได้ ประสิทธิภาพโดยเฉลี่ยจึงสูงกว่ากังหันน้ำแบบผสม เมื่อภาระและระดับน้ำเปลี่ยนแปลง ประสิทธิภาพจะไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก
3. ใบพัดของกังหันใบพัดแบบไหลตามแนวแกนสามารถถอดประกอบได้ ซึ่งสะดวกต่อการผลิตและการขนส่ง
ดังนั้น กังหันน้ำแบบไหลตามแนวแกนจึงสามารถรักษาเสถียรภาพได้ในช่วงการทำงานที่กว้างขึ้น มีการสั่นสะเทือนน้อยลง และมีประสิทธิภาพและผลผลิตสูงขึ้น ในช่วงระดับความสูงของน้ำต่ำ กังหันน้ำแบบไหลตามแนวแกนได้เข้ามาแทนที่กังหันน้ำแบบฟรานซิสเกือบทั้งหมดแล้ว ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา มีการพัฒนาอย่างมากทั้งในแง่ของกำลังการผลิตต่อหน่วยและระดับการใช้น้ำ และมีการใช้งานอย่างกว้างขวางมาก

ข้อเสียของกังหันแบบไหลตามแนวแกน
อย่างไรก็ตาม กังหันแบบไหลตามแนวแกนก็มีข้อเสียและข้อจำกัดในการใช้งานเช่นกัน ข้อเสียหลักๆ ได้แก่:
1. จำนวนใบพัดมีน้อย และเป็นแบบคานยื่น ดังนั้นความแข็งแรงจึงต่ำ และไม่สามารถนำไปใช้ในโรงไฟฟ้าพลังน้ำที่มีระดับความสูงปานกลางและสูงได้
2. เนื่องจากอัตราการไหลต่อหน่วยสูงและความเร็วรอบต่อหน่วยสูง ทำให้มีระดับความสูงในการดูดน้ำน้อยกว่ากังหันฟรานซิสภายใต้สภาวะระดับน้ำเดียวกัน ส่งผลให้ต้องขุดฐานรากของโรงไฟฟ้าในระดับความลึกมาก และต้องใช้เงินลงทุนค่อนข้างสูง

จากข้อบกพร่องที่กล่าวมาข้างต้นของกังหันแบบไหลตามแกน ทำให้มีการใช้วัสดุใหม่ที่มีความแข็งแรงสูงและป้องกันการเกิดโพรงอากาศในการผลิตกังหัน และมีการปรับปรุงแรงของใบพัดในการออกแบบ ส่งผลให้ความสามารถในการใช้งานของกังหันแบบไหลตามแกนดีขึ้นอย่างต่อเนื่อง ปัจจุบัน ความสามารถในการใช้งานของกังหันแบบไหลตามแกนอยู่ที่ 3 ถึง 90 เมตร และได้ก้าวเข้าสู่ระดับเดียวกับกังหันฟรานซิสแล้ว ตัวอย่างเช่น กังหันแบบไหลตามแกนของต่างประเทศมีกำลังการผลิตสูงสุดต่อหน่วย 181,700 กิโลวัตต์ ความสามารถในการใช้งานสูงสุด 88 เมตร และเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัด 10.3 เมตร ในขณะที่กังหันแบบไหลตามแกนที่ผลิตในประเทศมีกำลังการผลิตสูงสุดต่อหน่วย 175,000 กิโลวัตต์ ความสามารถในการใช้งานสูงสุด 78 เมตร และเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัด 11.3 เมตร กังหันแบบไหลตามแกนที่มีใบพัดคงที่นั้นมีใบพัดคงที่และโครงสร้างที่เรียบง่าย แต่ไม่สามารถปรับใช้กับสถานีไฟฟ้าพลังน้ำที่มีการเปลี่ยนแปลงของระดับน้ำและภาระมากได้ กังหันน้ำแบบใบพัดไหลตามแกนมีระดับน้ำคงที่และทำหน้าที่เป็นแหล่งผลิตไฟฟ้าพื้นฐานหรือโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่แบบหลายหน่วย เมื่อมีพลังงานตามฤดูกาลมาก ก็สามารถเปรียบเทียบทางเศรษฐกิจได้เช่นกัน ช่วงระดับน้ำที่ใช้งานได้คือ 3-50 เมตร กังหันน้ำแบบใบพัดไหลตามแกนโดยทั่วไปใช้อุปกรณ์แนวตั้ง กระบวนการทำงานโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับกังหันน้ำแบบฟรานซิส ความแตกต่างคือ เมื่อภาระเปลี่ยนแปลง ไม่เพียงแต่จะควบคุมการหมุนของใบพัดนำทางเท่านั้น แต่ยังปรับการหมุนของใบพัดตามไปด้วยเพื่อรักษาประสิทธิภาพสูง

ก่อนหน้านี้ เราได้แนะนำกังหันฟรานซิสไปแล้ว ในบรรดาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกังหัน ยังคงมีความแตกต่างกันมากระหว่างกังหันฟรานซิสและกังหันแบบไหลตามแกน ตัวอย่างเช่น โครงสร้างของใบพัดแตกต่างกัน ใบพัดของกังหันฟรานซิสเกือบขนานกับเพลาหลัก ในขณะที่กังหันแบบไหลตามแกนเกือบตั้งฉากกับเพลาหลัก