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类型的涡轮机

马特·戴迪,巴德学院物理学教授,物理项目主任

所有的水力发电系统都可以用一个简单的过程来描述.  当涡轮与轴相连时,水的能量带动涡轮转动.  这个轴然后旋转一组磁铁中的发电机,在发电机内部产生电流, 生产电力.  你可以把水力发电涡轮想象成一个与普通风扇相反的过程.  不是电力驱动风扇,而是风扇产生风, 水流带动风扇,然后风扇发电.

许多因素决定了适合一个地点的涡轮机类型.  前两个因素是可用的扬程和流量.  可用水头是从涡轮到压力管道进气口的高度.  流速是单位时间内通过一个点的流体的体积.  在一起, 可用的水头和流量有助于估计一个地点能产生多少能量, 正如williamhil娱乐平台在 计算最大功率.  对于每个头流组合, 有一个选择的涡轮机,将工作在这些条件下的最佳.  图1中的图表有助于确定哪个涡轮机最适合您的站点.

图:涡轮工作范围

图显示千瓦

点击这里 要展开图表.
图1:不同的涡轮机在不同的条件下运行最好,由Current Hydro提供. 通过连接流量(x轴)您的流动的水和头部(y轴),您的网站, 这个图表也可以用来估计你的站点的输出功率.  彩色区域表示涡轮机的类型,这将为您的头和流动条件的最佳工作.  例如,例如,h = 3m, Q = 1.2 m³/s落在阿基米德螺旋区域, 横流式的, 卡普兰涡轮表明这些可能是不错的选择.  这些传统的涡轮机, 下面三节将讨论哪些内容, 一般分为三类:冲动, 反应式和重力式涡轮机.

脉冲发电机

冲力涡轮机的转轮(涡轮)在空气中运行,由水柱驱动.  这些射流通过限制水流经过的区域来增加水流的速度.  把转轮想象成一个风扇叶片,把喷水装置想象成一根软管.  当你向风扇叶片喷水时,风扇就会开始旋转.  如果你部分覆盖软管的开口,那么水将以更高的速度流出软管, 导致风扇转得更快.  安装冲动式涡轮机有很多好处.  这些类型的系统包括Pelton, Turgo,多喷气Pelton和交叉流涡轮机.  一个好处是,它们通常比其他涡轮机更便宜,因为它们不需要那么高的制造精度,也不需要轴周围的压力密封.  冲击式涡轮机的主要缺点是它们一般不适合低水头的地点.  水轮机的能量来源是由水射流产生的动能, 哪个需要更大的头值.

红色涡轮转动

图2:动力涡轮机系统-卡普兰涡轮机(维基共享)

 

反应发电机

反应式涡轮机是高效的,是中低水头位置的理想选择.  这些类型的涡轮机包括弗朗西斯和卡普兰涡轮机.  这些系统的效率是由更复杂的制造过程造成的,包括更大、更详细的叶片,以及精细的套管.  虽然这种精度确实增加了成本,但额外的费用被高效率所抵消.  在这种情况下,跑步者完全沉浸在流动的水里.  当水通过进水口进入涡轮时, 导流叶片引导水,使水以切向速度接近旋翼叶片.  这些旋翼叶片是精确的角度,以有效地接收进来的水, 将其动能转化为叶片的转动能, 然后径向释放水.  在这里, 当水最初撞击旋翼叶片时, 一个高压区域被创造推动叶片.  一旦水失去了切向速度, 在后面的叶片背面形成一个低压区域.  这就在刀片的一边和另一边之间产生了压力差, 是什么让跑步者像刀片一样旋转.

 

引力涡轮机

重力涡轮机是一种利用重力和水渠来旋转转轮的系统.  这与冲动性和反动型涡轮机稍有不同,因为它不需要特殊的水射流或精密的旋翼叶片来提高效率.  这使得重力涡轮机相对经济有效.  这些系统是理想的低水头位置,只需要低转速,降低了通过涡轮机的鱼的危险.

重力涡旋是一种特殊类型的重力涡轮.  水被引导通过通道切向进入底部中心有出口的圆柱形结构.  当水进入结构,它开始创造一个旋涡,螺旋向出口.  一旦水深入到结构中,它就会接触到悬挂在结构中的水平涡轮的叶片.  由于水同时对它的所有叶片做功,这个轮子一直在旋转.

类似于重力旋涡, 阿基米德螺旋也利用重力来产生旋转运动.  阿基米德螺丝最初是用来把水从水中提上来的.  你所要做的就是旋转系统顶部的轴,水就会被螺旋铲起,送到系统顶部.  在这种情况下,为了将水移到螺旋的顶部,能量被输入到系统中.  阿基米德螺旋水轮机的情况正好相反.  水进入系统的顶部,在重力的作用下,水向下流动, 螺杆转动, 因此转动涡轮.

阿基米德螺旋

图5:阿基米德螺旋 (维基共享)

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