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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Arten von Wasserturbinen von Mikrowasserkraftwerken. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Propellerturbinen (Kaplanturbine) Die Propellerturbine hat von allen Turbinentypen die höchste Drehzahl. Dadurch ist es möglich, bei niedrigen Durchflussraten eine höhere Rotationsgeschwindigkeit zu erreichen. Hohe Turbinendrehzahlen wiederum ermöglichen den Einsatz schnellerer und damit leichterer und kostengünstigerer elektrischer Generatoren oder senken die Kosten für Übertragungseinrichtungen (Getriebe oder Riemenübertragungssysteme). Daher werden Propellerturbinen bei niedrigsten Fallhöhen eingesetzt, wenn die Strömungsgeschwindigkeiten gering sind. Das Laufrad einer Propellerturbine ähnelt optisch einem Ventilator (Abb. 20).
Die Schaufeln der Turbine können entweder feststehend oder rotierend ausgeführt sein (Abb. 21). Im ersten Fall sind die Schaufeln fest in einem ausgewählten Winkel fixiert, der dem Betriebsdruck und der optimalen Belastung des Generators entspricht. Rotierende Schaufeln sind in großen Turbinen mit erheblichen Druckschwankungen und Generatorbetrieb unter variablen Lastbedingungen gerechtfertigt. Mit Hilfe rotierender Schaufeln ist es möglich, eine konstante Drehzahl des Laufrads und die Frequenz der erzeugten Spannung in den Generatoren aufrechtzuerhalten.
Die Propellerturbine verfügt über eine Leitschaufel (Abb. 22), die dazu dient, den Turbinenschaufeln einen Wasserstrom im gewünschten Winkel zuzuführen, um einen maximalen Wirkungsgrad zu erreichen. Mit der Leitschaufel können Sie die Leistung der Turbine regulieren und in manchen Fällen auch den Wasserzutritt zum Turbinenlaufrad vollständig unterbinden.
Propellerturbinen sind mit Saugrohren ausgestattet. Das Saugrohr ist ein im Querschnitt erweiterter Kanal, um Wasser aus der Turbine abzuleiten. Mit zunehmendem Querschnitt der Rohrleitung nehmen die Geschwindigkeit des Wassers und seine kinetische Energie ab, wodurch Energieverluste im ausgehenden Strom reduziert werden können. Darüber hinaus ermöglicht das Saugrohr die Platzierung der Turbine oberhalb des Wasserspiegels im Unterwasser. Das Becken (frz. bief) ist ein an ein Wasserbauwerk angrenzender Teil des Wasserraums. Es gibt ein Oberbecken (angrenzend an das Druckbecken) und ein Unterbecken (angrenzend an den Abflusskanal). Saugrohre können gerade oder gebogen sein, wie in Abb. 23 und 24:
Radial-Axial-Turbinen (Francis-Turbine) Wasser tritt von der Außenseite des Rades in das Laufrad einer Radial-Axial-Turbine ein und bewegt sich radial zur Mitte der Turbine (Abb. 25). Nachdem das Wasser zwischen den Schaufeln mit einer komplexen räumlichen gekrümmten Form hindurchgegangen ist, überträgt es Energie auf den Rotor und veranlasst ihn, sich zu drehen.
Um eine ordnungsgemäße und gleichmäßige Wasserversorgung über den gesamten Umfang des Laufrads zu gewährleisten, ist es von einer Spiralkammer umgeben (Abb. 26). Zwischen der Spiralkammer und dem Rad ist eine Leitschaufel angebracht, die aus Schaufeln besteht, die das Wasser im gewünschten Winkel auf das Turbinenlaufrad leiten. Die Schaufeln der Leitschaufel können gedreht werden, um den Wasserfluss und die optimale Strömungsrichtung auf die Laufradschaufeln zu ändern (Abb. 27). Dies erhöht den Wirkungsgrad der Turbine in Off-Design-Modi. Die Leitschaufel kann mit einem manuellen oder automatischen Verstellsystem ausgestattet werden.
Bei Radial-Axial-Turbinen besteht die Gefahr von Wasserschlägen in der Druckleitung. Bei einem Generatorausfall oder einem starken Lastabfall verringern die Leitschaufeln den Wasserdurchfluss und es entsteht ein hydraulischer Schlag in der Druckleitung, der zum Bruch der Rohrleitung führen kann. Um Unfälle zu vermeiden, sind Radial-Axial-Turbinen mit einem Sicherheits-Leerlaufauslass ausgestattet, der bei Druckstößen Wasser aus der Spiralkammer in den Abfluss ableitet. Bei Hochdruck-Radial-Axial-Turbinen ist es wichtig, mögliche Wasserlecks an den Laufradschaufeln vorbei zu reduzieren. Dies wird durch eine hochpräzise Fertigung der Passteile und Spezialdichtungen erreicht, die Druckverluste reduzieren. Nach Passieren des Laufrads gelangt das Wasser in das Saugrohr, das eine konische Form hat. Beim Durchgang durch das Saugrohr vergrößert das Wasser seinen Querschnitt und verlangsamt sich, was zu einer Verringerung der kinetischen Energie führt, die beim Abwasser nutzlos verloren geht. Darüber hinaus ermöglicht das Saugrohr eine deutlich höhere Anordnung der Hydraulikaggregate als das Unterwasser, was für den Bau eines Wasserkraftwerksgebäudes günstig ist. Für die Herstellung von Turbinen werden spezielle hochverschleißfeste Stahlsorten verwendet, um einen langfristigen und zuverlässigen Betrieb der Turbinen zu gewährleisten. Peltonturbinen (Peltonturbinen) Dieser Turbinentyp wird für hohe Drücke eingesetzt. Die Druckleitung führt in das Gebäude des Wasserkraftwerks und endet mit einer Düse, die den Strahl auf das Turbinenlaufrad richtet. Ein aus der Düse austretender Wasserstrahl rollt entlang der konkaven Oberfläche des Eimers und ändert seine Bewegungsrichtung in die entgegengesetzte Richtung (Abb. 28).
Der maximale Wirkungsgrad liegt dann vor, wenn der von der Schaufel reflektierte Strahl relativ zum Körper eine Geschwindigkeit von Null hat. Dies wird, wie die Analyse zeigt, erreicht, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Schaufel gleich der halben Geschwindigkeit des Strahls ist. Die Schaufeln in der Turbine sind gepaart und der Strahl wird dem Gelenk der Schaufeln zugeführt, um die Axialkräfte auf die Rotorlager auszugleichen. Die Turbinendüse dient der Regulierung der einströmenden Wassermenge. Die Nadel, die sich in der Düse bewegt, verändert den Querschnitt des Kanals und den Wasserfluss, der in das Turbinenrad eintritt (Abb. 29).
Zusätzlich zur Düse wird zur Einstellung der Turbinenparameter ein Deflektor verwendet, bei dem es sich um ein Hindernis zwischen der Düse und der Schaufel handelt, das den Strahl ablenkt und die Kraft des Strahls auf den Rotor der Hydraulikeinheit verringert. Mit dem Deflektor können Sie hydraulische Stöße beim Einstellen der Turbine vermeiden. Bei der Regulierung des Strahls nur mit einer Nadel blockiert die Nadel bei einem starken Abfall der elektrischen Last im Netz den Wasserauslass, was zu einem hydraulischen Schlag in der Rohrleitung und der Möglichkeit einer Beschädigung führt. Abwasser fließt flussabwärts. Um Druckverluste zu reduzieren, sollten Düse und Turbine daher so tief wie möglich auf dem Abflussniveau platziert werden. Das Turbinengehäuse dient dem Schutz des Wasserkraftwerks vor Spritzern und ist groß dimensioniert, damit vom Gehäuse reflektiertes Wasser nicht auf den Rotor zurückfällt und die Effizienz der Anlage verringert. Bei Schaufelturbinen werden häufig mehrere Düsen am Laufradumfang verteilt eingebaut, was die Belastung der Rotationsstützen reduziert (Abb. 30). Der moderne Wasserturbinenbau entwickelt sich unter Berücksichtigung folgender Haupttrends:
Übertragungsgeräte Um Rotationsenergie von der Turbine auf den Generator zu übertragen, sind Übertragungsvorrichtungen erforderlich. Einige Mikrowasserkraftwerkskonstruktionen sehen eine direkte Energieübertragung über eine Welle vor (Laufrad und Generatorrotor befinden sich auf derselben Welle). Andere Übertragungssysteme (Riemen oder Getriebe) können entweder das Übersetzungsverhältnis der Drehung des Laufrads zum Generatorrotor ändern oder es unverändert übertragen. Autoren: Kartanbaev B.A., Zhumadilov K.A., Zazulsky A.A.
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