Turbiny wodne

Turbiny ze względu na zasadę działania dzieli się na:

  • Akcyjne- ciśnienie wody przed wirnikiem jest równe ciśnieniu atmosferycznemu (turbina: Peltona, Turgo, Banki – Mitchella).


Turbina Peltona


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1e/TurbinaPelton.jpg/300px-TurbinaPelton.jpgW turbinach akcyjnych energia potencjalna spiętrzenia zostaje zamieniona w dyszach na energię kinetyczną. Woda z prędkością c0 i pod ciśnieniem atmosferycznym jest doprowadzana do wirnika. Prędkość wylotowa wody zostaje zmniejszona. W turbinie Peltona woda z prędkością końcową bliską zeru spada w dół w postaci strug. Wirnik turbiny znajduje się w powietrzu i zewnętrzne powierzchnie łopatek nie stykają się z wodą. Strumień wody wypływający z dyszy można zmieniać, przesuwając osadzoną współosiowo z dyszą iglicę. Ponieważ rurociągi doprowadzające wodę do turbiny są bardzo długie, aby nie wystąpiło uderzenie hydrauliczne i znaczna zwyżka ciśnienia, dysza musi być zamykana przez iglicę bardzo wolno. W razie nagłego odciążenia turbiny najpierw działa odchylacz strugi, który odcina strumień od wirnika, a następnie iglica powoli zamyka dyszę, nie wywołując w rurociągu wzrostu.


Turbina Turgo


http://blog.desclaude.comJest podobna do turbiny Peltona, z tą różnicą, że łopatki mają inny kształt, podobnie jak w turbinach parowych strumień wody nie uderza tylko w jedną łopatkę ale w kilka jednocześnie. Strumień cieczy uderza w wirnik pod kątem 20 stopni więc woda uderza łopatki z jednej strony a wychodzi po przeciwnej stronie. Jej zaletą jest to, że wielkość przepływu nie jest ograniczana przez oddziaływanie strumienia padającego z odbitym. Pozwala to na zasilanie turbiny Turgo większą ilością wody niż w przypadku turbiny Peltona. Pozwala to na uzyskanie większej prędkości kątowej, wtedy nie jest konieczny układ zwiększania prędkości obrotowej pomiędzy turbiną a generatorem. Przy tej samej mocy wirnik turbiny Turgo ma mniejsze rozmiary w porównaniu do wirnika turbiny Peltona. Pozwala to zmniejszyć cenę układu i zwiększyć mechaniczną niezawodność. Turbiny Turgo stosuje się przy spadach 15-300 m.


Turbina Banki-Michella

Jest to maszyna akcyjno-reakcyjna (turbina przepływowa) z wałem poziomym. Woda dopływa rurociągiem do łopatki kierowniczej, która zmienia przekrój wlotowy. Przepływ wody przez wirnik następuje najpierw do wnętrza wirnika (jak w turbinie reakcyjnej Francisa), a następnie do dołu i na zewnątrz (jak w turbinie akcyjnej Peltona). Turbina tego typu jest najprostszą i najtańszą turbiną. Znajduje zastosowanie w małych elektrowniach przepływowych o mocy kilkadziesiąt-kilkaset kilowatów.



  • Reakcyjne- ciśnienie wody przed wirnikiem jest większe od ciśnienia atmosferycznego (turbina: Francisa, Deriaza; turbiny Kaplana).


Turbiny Francisa

http://www.daviddarling.info

W turbinie Francisa woda na wirnik dopływa poprzez metalową spiralę i następnie promieniowo przez nastawne łopatki kierownicze umieszczone na obwodzie zewnętrznym wirnika. Wirnik turbiny Francisa składa się z dwóch wieńców oraz łączących je łopatek, które tworzą kanały o przekroju zmiennym w kierunku przepływu wody. Łopatki w wirniku turbiny Francisa są nieprzestawiane.




Turbina Deriaza

http://www.daviddarling.infoWirnik turbiny Deriaza wyposażony jest łopatki obracane dookoła zamocowanych w piaście czopów, których osie ustawione są ukośnie do osi wirnika.
Przepływ wody przez wirnik Deriaza jest promieniowo-osiowy, co wpływa na to, że dla tych samych powierzchni prądowych prędkości obwodowe na wylocie wirnika mają mniejsze wartości od prędkości obwodowych na jego wlocie. W przypadku turbin Kaplana owe prędkości są równe. Tak, więc gdy zostaną zaprojektowane dla tych samych warunków turbiny Kaplana i Deriaza to mniejszą prędkość obwodową na wylocie wirnika będzie miała turbina Deriaza. Możliwość powstania kawitacji w turbinie jest tym mniejsza niż im mniejsze są prędkości obwodowe na wylocie wirnika, stąd wynika większa odporność turbiny Deriaza na powstanie kawitacji niż turbiny Kaplana. Wirnik Deriaza sprawia mniejsze trudności konstrukcyjne niż wirnik Kaplana przeznaczony do pracy pod wysokimi spadami. Łopatki w wirniku Kaplana mają obrotowe osie ustawione prostopadle do osi wirnika, a w przypadku wirnika Deriaza owe osie są pochylone 30°,45° lub 60°, więc napór hydrauliczny na pojedyncze łopatki w wirniku Kaplana jest zawsze większy niż w przypadku łopatek wirnika Deriaza. Łopatki w turbinie Deriaza mają cieńsze czopy niż ma to miejsce w turbinie Kaplana. Turbiny Deriaza oraz turbiny Kaplana mają większe sprawności niż turbiny Francisa przy napełnieniach częściowych. W przypadku turbiny Deriaza liczba łopatek wynosi od 3 do 6, które są zazwyczaj odlewane ze staliwa stopowego. W czasie pracy łopatki tej turbiny są przestawiane za pomocą czopa obrotowego przez siłownik regulatora hydraulicznego.


Kierownice w turbinach Deriaza mogą być ukośne lub też takie same jak w turbinach Francisa. W turbinie Deriaza oraz w turbinie Kaplana mechanizm przestawiający łopatki kierownicy jest sprzężony z mechanizmem przestawiającym łopatki wirnika. Rura ssawna w turbinie Deriaza jest taka sama jak w przypadku turbiny Francisa. W turbinie Deriaza zazwyczaj stosowane są wały pionowe, a turbiny te umieszczane są w komorach metalowych.


Turbiny Kaplana


http://www.exatecno.net/ampliacion/energia/TurbinaKaplan02-Rotor.jpg

Woda doprowadzana jest do spiralnej komory z prędkością c0 i w wyniku przepływu promieniowo po całym obwodzie przepływa przez nastawne łopatki kierownicze – zwiększa swoją prędkość do c1 i z tą prędkością wpływa na łopatki turbiny. Z łopatek wypływa z prędkością c2’. Następnie woda odprowadzana jest rurą ssącą – dzięki czemu następuje odzysk energii straty wylotowej – zmniejszenie prędkości z c2’ do c2 i zwiększenie spadu Użytecznego Hu.




W turbinie reakcyjnej woda wywiera na łopatkę dwojakie działanie:

  • reakcyjne, wywołane ciśnienie, pod którym woda przepływa przez wirnik;
  • akcyjne, wywołane krzywizną łopatki i zmianą kierunku ruchu wody.


Woda wpływająca do wirnika turbiny reakcyjnej ma energię potencjalną ciśnienia i energię kinetyczną prędkości.



Źródło:

  1. Filipowicz M., Duraczyński M., Analiza dostępnych technologii z zakresu energetyki wodnej.
  2. Henke A., Turbiny wodne- rodzaje i zastosowanie. Generatory turbin wodnych.

Kategoria: Technologia  | Artykuł ostatnio edytowany: 12.10.2011 13:34 przez admin
<< Poprzedni Wrzesień 2017 Następny >>
PoWtŚrCzPtSoNd
    
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30