กังหันน้ำ: ประเภทและข้อมูลจำเพาะทางเทคนิค

กังหันน้ำเป็นส่วนประกอบสำคัญในระบบพลังงานน้ำ โดยทำหน้าที่แปลงพลังงานจากน้ำที่ไหลหรือตกลงมาเป็นพลังงานกล หัวใจสำคัญของกระบวนการนี้คือนักวิ่งส่วนหมุนของกังหันที่โต้ตอบโดยตรงกับการไหลของน้ำ การออกแบบ ประเภท และข้อมูลจำเพาะทางเทคนิคของรางน้ำมีความสำคัญในการกำหนดประสิทธิภาพของกังหัน ช่วงแรงดันการทำงาน และสถานการณ์การใช้งาน

1. การจำแนกประเภทของรางน้ำกังหันน้ำ

โดยทั่วไปกังหันน้ำจะถูกแบ่งออกเป็น 3 ประเภทหลักตามประเภทของการไหลของน้ำที่กังหันจัดการ:

A. นักวิ่ง Impulse

กังหันแรงกระตุ้นทำงานโดยใช้เจ็ทน้ำความเร็วสูงที่กระทบใบพัดของใบพัดภายใต้ความดันบรรยากาศ ใบพัดเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อหัวสูง, ไหลต่ำการประยุกต์ใช้งาน

• เพลตัน รันเนอร์:

  • โครงสร้าง:ถังรูปช้อนติดตั้งอยู่บนขอบล้อ

  • ช่วงหัว: 100–1800 เมตร.

  • ความเร็ว: ความเร็วในการหมุนต่ำ มักต้องใช้ตัวเพิ่มความเร็ว

  • แอปพลิเคชั่น: พื้นที่ภูเขา, พลังงานน้ำขนาดเล็กแบบนอกโครงข่ายไฟฟ้า

B. รีแอคชั่น รันเนอร์

กังหันปฏิกิริยาทำงานโดยที่แรงดันน้ำจะค่อยๆ เปลี่ยนแปลงไปเมื่อไหลผ่านราง รางเหล่านี้จะจมอยู่ใต้น้ำและทำงานภายใต้แรงดันน้ำ

• ฟรานซิส รันเนอร์:

  • โครงสร้าง:การไหลแบบผสมผสานที่มีการเคลื่อนที่เข้าด้านในแนวรัศมีและแนวแกน

  • ช่วงหัว: 20–300 เมตร.

  • ประสิทธิภาพ:สูง โดยทั่วไปสูงกว่า 90%

  • แอปพลิเคชั่น:ใช้กันอย่างแพร่หลายในสถานีไฟฟ้าพลังน้ำระดับกลาง

• คาปลัน รันเนอร์:

  • โครงสร้าง:ใบพัดแบบไหลตามแนวแกนพร้อมใบมีดปรับได้

  • ช่วงหัว: 2–30 เมตร.

  • คุณสมบัติใบมีดที่ปรับได้ช่วยให้มีประสิทธิภาพสูงภายใต้ภาระที่แตกต่างกัน

  • แอปพลิเคชั่น:แม่น้ำที่มีระดับน้ำต่ำและระดับน้ำสูง และการใช้งานของน้ำขึ้นน้ำลง

• ใบพัดวิ่ง:

  • โครงสร้าง:คล้ายกับ Kaplan แต่มีใบมีดแบบตายตัว

  • ประสิทธิภาพ:เหมาะสมที่สุดภายใต้สภาวะการไหลคงที่เท่านั้น

  • แอปพลิเคชั่น:แหล่งน้ำขนาดเล็กที่มีอัตราการไหลและแรงดันที่เสถียร

C. ประเภทนักวิ่งอื่น ๆ

• ทูร์โก้ รันเนอร์:

  • โครงสร้าง:เครื่องพ่นน้ำโจมตีผู้วิ่งในมุมที่เอียง

  • ช่วงหัว: 50–250 เมตร.

  • ข้อได้เปรียบ: ความเร็วในการหมุนที่สูงกว่า Pelton และมีโครงสร้างที่เรียบง่ายกว่า

  • แอปพลิเคชั่น:สถานีไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กถึงขนาดกลาง

• ครอสโฟลว์รันเนอร์ (กังหัน Banki-Michell):

  • โครงสร้าง:น้ำไหลผ่านรางน้ำแบบขวางสองครั้ง

  • ช่วงหัว: 2–100 เมตร.

  • คุณสมบัติ:ดีสำหรับพลังงานน้ำขนาดเล็กและอัตราการไหลที่แปรผัน

  • แอปพลิเคชั่น:ระบบออฟกริด, พลังงานน้ำขนาดเล็ก

2. ข้อมูลทางเทคนิคที่สำคัญของนักวิ่ง

นักวิ่งแต่ละประเภทต้องใส่ใจกับพารามิเตอร์ทางเทคนิคอย่างรอบคอบเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด:

3. เกณฑ์การคัดเลือก

เมื่อเลือกประเภทรันเนอร์ วิศวกรจะต้องพิจารณา:

• หัวและการไหล: กำหนดว่าจะเลือกแรงกระตุ้นหรือปฏิกิริยา

• เงื่อนไขไซต์:ความแปรปรวนของแม่น้ำ ปริมาณตะกอน การเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาล

• ความยืดหยุ่นในการปฏิบัติงาน: จำเป็นต้องมีการปรับใบมีดหรือปรับการไหล

• ค่าใช้จ่ายและการบำรุงรักษา:เครื่องวิ่งที่ง่ายกว่า เช่น Pelton หรือ Propeller นั้นดูแลรักษาง่ายกว่า

4. แนวโน้มในอนาคต

ด้วยความก้าวหน้าในการคำนวณพลศาสตร์ของไหล (CFD) และการพิมพ์โลหะ 3 มิติ การออกแบบรันเนอร์กังหันจึงมีวิวัฒนาการไปในทิศทางดังต่อไปนี้:

• ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นในการไหลที่แปรผัน

• รางเลื่อนที่ปรับแต่งให้เหมาะกับสภาพไซต์เฉพาะ

• การใช้วัสดุคอมโพสิตเพื่อให้ใบมีดมีน้ำหนักเบาและทนทานต่อการกัดกร่อน

บทสรุป

กังหันน้ำเป็นเสาหลักของการแปลงพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำ โดยการเลือกประเภทกังหันที่เหมาะสมและปรับพารามิเตอร์ทางเทคนิคให้เหมาะสม โรงไฟฟ้าพลังน้ำจะมีประสิทธิภาพสูง มีอายุการใช้งานยาวนาน และลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ไม่ว่าจะเป็นการสร้างไฟฟ้าในพื้นที่ชนบทขนาดเล็กหรือโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า กังหันน้ำยังคงเป็นกุญแจสำคัญในการปลดล็อกศักยภาพทั้งหมดของพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำ