20 listopada 2017


W artykule przedstawiono współczesne trendy w konstrukcji piko- i mikroturbin wodnych przeznaczonych do zabudowy na obiektach energetyki rozproszonej, charakteryzujących się małymi spadami i małym objętościowym natężeniu przepływu.

Adam Henke, Adam Góralczyk

Podział turbin wodnych
Turbina wodna jest silnikiem wirnikowym przetwarzającym energię kinetyczną i ciśnienie wody na pracę użyteczną. Turbina różni się od innych silników wodnych, np. kół wodnych, tym, że występuje w jej układach łopatkowych zmiana krętu (momentu pędu).

turbina wodna

Rys. 1 Przekrój przez układ przepływowy klasycznej turbiny Kaplana
zabudowanej w komorze

Podział turbin wodnych można usystematyzować wprowadzając takie pojęcia, jak rodzaj turbin, typ turbin, moc i spad turbin [2,3].
W zależności w jakiej postaci energia jest doprowadzana do wirnika, turbiny dzielimy na dwa rodzaje:

  • akcyjne (natryskowe) – energia ciśnienia wody zamieniana jest w kierownicy lub dyszy na energię kinetyczną, która następnie w wirniku przetwarzana jest na pracę użyteczną przy ciśnieniu atmosferycznym,
  • reakcyjne (naporowe) – ciśnienie wody zamieniane jest w kierownicy lub dyszy tylko częściowo na energię kinetyczną, z czego wynika, że ciśnienie wody przed wlotem na wirniku jest większe od atmosferycznego.

Powyżej podane dwa podstawowe rodzaje turbin składają się z kilku typów – akcyjne: Peltona, Turgo, Banki-Mitchella, a reakcyjne: Francisa, Deriaza, Kaplana i śmigłowe o przepływie poprzecznym.
Istnieje także podział turbin wodnych ze względu na uzyskiwane moce:

  • dużej mocy (>100 MW),
  • średniej mocy (15 ÷ 100 MW),
  • małej mocy (1 ÷ 15 MW),
  • miniturbiny (0,1 ÷ 1 MW),
  • mikroturbiny i pikoturbiny (< 100 kW).
    oraz ze względu na wysokość spadu H:
  • turbiny wysokospadowe (H > 100 m),
  • turbiny średniospadowe (H = 30 ÷ 100 m),
  • turbiny niskospadowe (H < 30 m).
    Wybrane rozwiązania techniczne mikroturbin i pikoturbin wodnych
    Spośród obiektów piętrzących, możliwych do zagospodarowania energetycznego w naszym kraju, około 42% stanowią obiekty niskospadowe. Optymalnym wykorzystaniem tego typu obiektów jest instalacja na nich turbin o wysokim wyróżniku szybkobieżności. Spośród typów turbin instalowanych na obiektach MEW, najwyższymi wyróżnikami szybkobieżności charakteryzują się turbiny z wirnikami o przepływie osiowym, tj. turbiny typu Kaplana i śmigłowe (ze stałym ustawieniem łopatek wirnika). Wynaleziona w 1921 roku przez austriackiego inżyniera Victora Kaplana turbina jest maszyną o podwójnej regulacji, co pozwala jej na pracę w szerokim zakresie zmian przepływu z wysoką sprawnością energetyczną. Rozwój techniki sprawił, że na bazie klasycznego wirnika Kaplana powstało szereg nowych konstrukcji, takich jak turbiny rurowe w różnych konfiguracjach, gruszkowe oraz kielichowe [2, 3].

 

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 4 (103) kwiecień 2016