บทนำโดยสังเขปและข้อดีของกังหันแบบไหลตามแนวแกน

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำมีหลายประเภท วันนี้เราจะมาแนะนำเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำแบบไหลตามแนวแกนโดยละเอียด การใช้งานเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำแบบไหลตามแนวแกนในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาส่วนใหญ่เน้นไปที่การพัฒนาระบบส่งน้ำที่มีระดับความสูงมากและขนาดใหญ่ การพัฒนาเครื่องกังหันแบบไหลตามแนวแกนในประเทศก็รวดเร็วเช่นกัน มีเครื่องกังหันแบบไหลตามแนวแกนสองชนิดติดตั้งอยู่ในโรงไฟฟ้าพลังน้ำเกอโจวบาที่สร้างขึ้นใหม่ โดยชนิดหนึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัด 11.3 เมตร ซึ่งเป็นเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัดของเครื่องกังหันประเภทเดียวกันที่มีขนาดปานกลางในโลก ต่อไปนี้คือข้อดีและข้อเสียของเครื่องกังหันแบบไหลตามแนวแกนขนาดกลาง

ข้อดีของกังหันแบบไหลตามแนวแกน
เมื่อเปรียบเทียบกับกังหันฟรานซิส กังหันแบบไหลตามแนวแกนมีข้อดีหลักๆ ดังต่อไปนี้:
1. มีความเร็วจำเพาะสูงและคุณสมบัติทางพลังงานที่ดี ดังนั้นความเร็วต่อหน่วยและอัตราการไหลต่อหน่วยจึงสูงกว่ากังหันฟรานซิส ภายใต้สภาวะหัวน้ำและกำลังส่งออกที่เท่ากัน สามารถลดขนาดของหน่วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันไฮดรอลิก ลดน้ำหนักของหน่วย และประหยัดการใช้วัสดุได้อย่างมาก จึงมีผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจสูง
2. รูปทรงและค่าความหยาบของพื้นผิวใบพัดของกังหันแบบไหลตามแนวแกนนั้นง่ายต่อการผลิตให้ตรงตามข้อกำหนด เนื่องจากใบพัดของกังหันแบบไหลตามแนวแกนสามารถหมุนได้ ประสิทธิภาพโดยเฉลี่ยจึงสูงกว่ากังหันฟรานซิส เมื่อภาระและแรงดันเปลี่ยนแปลง ประสิทธิภาพจะเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย
3. ใบพัดของกังหันใบพัดแบบไหลตามแนวแกนสามารถถอดประกอบได้เพื่อความสะดวกในการผลิตและการขนส่ง

ดังนั้น กังหันน้ำแบบไหลตามแกนจึงมีความเสถียรในช่วงการทำงานที่กว้าง มีการสั่นสะเทือนน้อย และมีประสิทธิภาพและผลผลิตสูง ในช่วงระดับน้ำต่ำ กังหันน้ำแบบไหลตามแกนสามารถใช้ทดแทนกังหันน้ำแบบฟรานซิสได้เกือบทั้งหมด ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา กังหันน้ำแบบไหลตามแกนได้รับการพัฒนาและนำไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางทั้งในแง่ของกำลังการผลิตต่อหน่วยและระดับน้ำ

3. ข้อเสียของกังหันแบบไหลตามแนวแกน
อย่างไรก็ตาม กังหันแบบไหลตามแนวแกนก็มีข้อเสียและข้อจำกัดในการใช้งานเช่นกัน ข้อเสียหลักๆ ได้แก่:
1. จำนวนใบพัดมีน้อยและเป็นแบบยื่น ทำให้ความแข็งแรงต่ำและไม่เหมาะสำหรับโรงไฟฟ้าพลังน้ำที่มีระดับความสูงปานกลางและสูง
2. เนื่องจากอัตราการไหลต่อหน่วยสูงและความเร็วต่อหน่วยสูง ทำให้มีระยะดูดน้ำต่ำกว่ากังหันฟรานซิสที่ระดับน้ำเท่ากัน ส่งผลให้ต้องขุดลึกมากและต้องลงทุนในฐานรากโรงไฟฟ้าค่อนข้างสูง

จากข้อบกพร่องข้างต้นของกังหันแบบไหลตามแนวแกน จึงมีการพัฒนาการใช้งานของกังหันแบบไหลตามแนวแกนอย่างต่อเนื่อง โดยการนำวัสดุใหม่ที่มีความแข็งแรงสูงและทนต่อการเกิดโพรงอากาศมาใช้ในการผลิตกังหัน และปรับปรุงสภาวะความเค้นของใบพัดในการออกแบบ ปัจจุบัน ช่วงการใช้งานของกังหันใบพัดแบบไหลตามแนวแกนอยู่ที่ 3-90 เมตร ซึ่งเข้าสู่ช่วงการใช้งานของกังหันฟรานซิสแล้ว ตัวอย่างเช่น กังหันใบพัดแบบไหลตามแนวแกนของต่างประเทศที่มีกำลังการผลิต 181,700 กิโลวัตต์ ระดับความสูงของน้ำ 88 เมตร และเส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัด 10.3 เมตร ในขณะที่กังหันใบพัดแบบไหลตามแนวแกนที่ผลิตในประเทศจีนมีกำลังการผลิต 175,000 กิโลวัตต์ ระดับความสูงของน้ำ 78 เมตร และเส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัด 11.3 เมตร กังหันใบพัดแบบไหลตามแนวแกนแบบใบพัดคงที่นั้นมีใบพัดคงที่และโครงสร้างที่เรียบง่าย แต่ไม่สามารถปรับใช้กับสถานีไฟฟ้าพลังน้ำที่มีการเปลี่ยนแปลงระดับความสูงของน้ำและภาระมากได้ สำหรับโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่ที่มีระดับน้ำคงที่และทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานหลักหรือแหล่งพลังงานหลายหน่วย ก็สามารถพิจารณาใช้ได้หลังจากเปรียบเทียบทางเศรษฐกิจแล้วในช่วงที่มีพลังงานไฟฟ้าตามฤดูกาลอย่างเหลือเฟือ ช่วงระดับน้ำที่เหมาะสมคือ 3-50 เมตร กังหันใบพัดแบบไหลตามแกนโดยทั่วไปจะใช้โครงสร้างแนวตั้ง และกระบวนการทำงานโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับกังหันฟรานซิส ความแตกต่างคือ เมื่อภาระเปลี่ยนแปลง มันจะไม่เพียงแต่ควบคุมการหมุนของใบพัดนำทางเท่านั้น แต่ยังควบคุมการหมุนของใบพัดหลักด้วยเพื่อรักษาประสิทธิภาพสูง

เราได้แนะนำกังหันฟรานซิสไปก่อนหน้านี้แล้ว ในบรรดาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำ กังหันฟรานซิสมีความแตกต่างจากกังหันแบบไหลตามแกนมาก ตัวอย่างเช่น รูปทรงโครงสร้างของใบพัดแตกต่างกัน ใบพัดของกังหันฟรานซิสเกือบขนานกับเพลาหลัก ในขณะที่ใบพัดของกังหันแบบไหลตามแกนเกือบตั้งฉากกับเพลาหลัก