Đường ống dẫn nước tuabin: Các loại và thông số kỹ thuật

Tua bin nước là thành phần chính trong hệ thống thủy điện, chuyển đổi năng lượng của nước chảy hoặc nước rơi thành năng lượng cơ học. Trọng tâm của quá trình này nằm ởngười chạy, phần quay của tua bin tương tác trực tiếp với dòng nước. Thiết kế, loại và thông số kỹ thuật của bánh xe đẩy rất quan trọng trong việc xác định hiệu suất, phạm vi cột nước hoạt động và các tình huống ứng dụng của tua bin.

1. Phân loại bánh xe tua bin nước

Các cánh tua bin nước thường được phân loại thành ba loại chính dựa trên loại dòng nước mà chúng xử lý:

A. Người chạy bộ xung lực

Tua bin xung lực hoạt động với các tia nước tốc độ cao đập vào các cánh quạt trong áp suất khí quyển. Các cánh quạt này được thiết kế chođầu cao, lưu lượng thấpứng dụng.

• Người chạy Pelton:

  • Kết cấu: Những chiếc xô hình thìa được gắn ở chu vi của bánh xe.

  • Tầm đầu: 100–1800 mét.

  • Tốc độ: Tốc độ quay thấp; thường cần bộ tăng tốc.

  • Ứng dụng: Khu vực miền núi, thủy điện nhỏ không nối lưới điện.

B. Người chạy phản ứng

Tua bin phản ứng hoạt động với áp suất nước thay đổi dần dần khi đi qua ống dẫn. Các ống dẫn này được ngập trong nước và hoạt động dưới áp suất nước.

• Francis Runner:

  • Kết cấu: Dòng chảy hỗn hợp có chuyển động hướng tâm và hướng trục vào trong.

  • Tầm đầu: 20–300 mét.

  • Hiệu quả: Cao, thường trên 90%.

  • Ứng dụng: Được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy thủy điện có cột nước trung bình.

• Người chạy bộ Kaplan:

  • Kết cấu: Đường dẫn hướng trục có lưỡi dao có thể điều chỉnh.

  • Tầm đầu: 2–30 mét.

  • Đặc trưng: Lưỡi dao có thể điều chỉnh cho phép đạt hiệu suất cao dưới nhiều tải trọng khác nhau.

  • Ứng dụng: Sông có lưu lượng nước lớn, mực nước thấp và ứng dụng thủy triều.

• Cánh quạt chạy:

  • Kết cấu: Tương tự như Kaplan nhưng có lưỡi cố định.

  • Hiệu quả: Chỉ tối ưu trong điều kiện dòng chảy không đổi.

  • Ứng dụng: Các công trình thủy điện nhỏ có lưu lượng và cột nước ổn định.

C. Các loại Runner khác

• Người chạy Turgo:

  • Kết cấu:Các tia nước bắn vào thanh trượt theo một góc nghiêng.

  • Tầm đầu: 50–250 mét.

  • Lợi thế:Tốc độ quay cao hơn Pelton, cấu trúc đơn giản hơn.

  • Ứng dụng: Nhà máy thủy điện vừa và nhỏ.

• Bộ truyền động Cross-Flow (Tua bin Banki-Michell):

  • Kết cấu:Nước chảy qua ống dẫn theo chiều ngang, hai lần.

  • Tầm đầu: 2–100 mét.

  • Đặc trưng: Thích hợp cho thủy điện nhỏ và dòng chảy thay đổi.

  • Ứng dụng: Hệ thống độc lập, thủy điện nhỏ.

2. Thông số kỹ thuật chính của Runners

Các loại máy chạy bộ khác nhau cần được chú ý cẩn thận đến các thông số kỹ thuật để đảm bảo hiệu suất tối ưu:

3. Tiêu chí lựa chọn

Khi lựa chọn loại ray, kỹ sư phải cân nhắc:

• Đầu và Lưu lượng: Xác định xem có nên chọn xung lực hay phản ứng.

• Điều kiện trang web: Sự thay đổi của sông, lượng phù sa, những thay đổi theo mùa.

• Tính linh hoạt trong hoạt động: Cần điều chỉnh cánh quạt hoặc điều chỉnh lưu lượng.

• Chi phí và bảo trì:Các loại ray trượt đơn giản hơn như Pelton hoặc Propeller dễ bảo trì hơn.

4. Xu hướng tương lai

Với những tiến bộ trong động lực học chất lưu tính toán (CFD) và in kim loại 3D, thiết kế bánh xe tuabin đang phát triển theo hướng:

• Hiệu quả cao hơn trong các luồng biến đổi

• Người chạy tùy chỉnh cho các điều kiện cụ thể của địa điểm

• Sử dụng vật liệu tổng hợp để làm lưỡi dao nhẹ hơn và chống ăn mòn

Phần kết luận

Các bánh xe tua bin nước là nền tảng của quá trình chuyển đổi năng lượng thủy điện. Bằng cách lựa chọn loại bánh xe tua bin phù hợp và tối ưu hóa các thông số kỹ thuật, các nhà máy thủy điện có thể đạt được hiệu suất cao, tuổi thọ dài và giảm tác động đến môi trường. Cho dù là đối với quá trình điện khí hóa nông thôn quy mô nhỏ hay các nhà máy kết nối lưới điện quy mô lớn, bánh xe tua bin vẫn là chìa khóa để khai thác hết tiềm năng của thủy điện.