마이크로 수력 발전소의 수력 터빈 유형. 계획, 설명

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미세 수력 발전소의 수력 터빈 유형. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전

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프로펠러 터빈(Kaplan 터빈)

프로펠러 터빈은 모든 유형의 터빈 중에서 가장 빠른 속도를 가지고 있습니다. 이를 통해 낮은 유속에서 더 높은 회전 속도를 얻을 수 있습니다. 터빈 속도가 높으면 더 빠르고 더 가볍고 저렴한 발전기를 사용할 수 있으며 변속기 장치(기어박스 또는 벨트 변속기 시스템)의 비용을 줄일 수 있습니다. 따라서 프로펠러 터빈은 유속이 낮을 때 가장 낮은 수두에 사용됩니다.

외관상 프로펠러 터빈의 임펠러는 팬과 유사합니다(그림 20).

마이크로 수력 발전소의 수력 터빈 유형
그림 20. 고정 블레이드가 있는 프로펠러 터빈

터빈의 블레이드는 고정식 또는 회전식으로 만들 수 있습니다(그림 21). 첫 번째 경우, 블레이드는 발전기의 작동 압력 및 최적 부하에 따라 선택된 각도로 고정적으로 고정됩니다. 회전 블레이드는 압력 변동이 심하고 다양한 부하 조건에서 발전기 작동이 이루어지는 대형 터빈에 적합합니다. 회전 블레이드의 도움으로 임펠러의 회전 속도와 발전기에서 생성된 전압의 주파수를 일정하게 유지할 수 있습니다.

마이크로 수력 발전소의 수력 터빈 유형
그림 21. 카플란 터빈

마이크로 수력 발전소의 수력 터빈 유형
그림 21-1. 작동 원리

프로펠러 터빈에는 최대 효율을 달성하기 위해 터빈 블레이드에 원하는 각도로 물 흐름을 공급하는 역할을 하는 가이드 베인(그림 22)이 있습니다. 가이드 베인을 사용하면 터빈의 출력을 조절할 수 있으며 경우에 따라 터빈 임펠러로의 물 접근을 완전히 차단할 수도 있습니다.

마이크로 수력 발전소의 수력 터빈 유형
그림 22. 터빈 가이드 베인

프로펠러 터빈에는 흡입 파이프가 장착되어 있습니다. 흡입 파이프는 터빈에서 물을 배출하기 위해 단면을 가로질러 확장되는 채널입니다. 파이프라인의 단면적이 증가함에 따라 물의 속도와 운동 에너지가 감소하여 나가는 흐름의 에너지 손실을 줄일 수 있습니다. 또한 드래프트 파이프를 사용하면 터빈이 배수구의 수위 위에 위치할 수 있습니다.

수영장(프랑스 비프)은 수력 구조물에 인접한 수역의 일부입니다. 상부 수영장(압력수조에 인접)과 하부 수영장(방출수로에 인접)이 있습니다.

흡입관은 그림과 같이 직선형 또는 곡선형일 수 있습니다. 23 및 24:

마이크로 수력 발전소의 수력 터빈 유형
그림 23. 직접 흡입이 가능한 유압 장치

마이크로 수력 발전소의 수력 터빈 유형
그림 24. 곡선 파이프와 흡입 파이프가 있는 유압 장치

방사형 터빈(Francis Turbine)

물은 휠 외부에서 방사형 축 터빈의 임펠러로 들어가 터빈 중심으로 방사형으로 이동합니다(그림 25). 복잡한 공간 곡선 모양의 블레이드 사이를 통과한 물은 로터에 에너지를 전달하여 회전하게 합니다.

마이크로 수력 발전소의 수력 터빈 유형
그림 25. 방사형(프란시스 터빈)

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그림 25-1. 레이디얼 축(프란시스 터빈), 외관

임펠러 전체 둘레에 적절하고 균일한 물 공급을 보장하기 위해 임펠러는 나선형 챔버로 둘러싸여 있습니다(그림 26). 가이드 베인은 나선형 챔버와 휠 사이에 배치되며, 원하는 각도로 물을 터빈 임펠러로 보내는 블레이드로 구성됩니다. 가이드 베인의 블레이드를 회전시켜 물의 흐름과 임펠러 블레이드에 대한 최적의 흐름 방향을 변경할 수 있습니다(그림 27). 이는 비설계 모드에서 터빈의 효율을 증가시킵니다. 가이드 베인에는 수동 또는 자동 조정 시스템이 장착될 수 있습니다.

마이크로 수력 발전소의 수력 터빈 유형
그림 26. Francis 터빈의 볼류트 및 가이드 베인의 계획

마이크로 수력 발전소의 수력 터빈 유형
그림 27. 수동으로 조정 가능한 가이드 베인이 있는 Francis 터빈

방사형 축 터빈에서는 압력 파이프에 수격 현상이 발생할 위험이 있습니다. 발전기 고장이 발생하거나 부하가 급격히 떨어지는 경우 가이드 베인이 물 흐름을 감소시키고 압력 파이프라인에 유압 충격이 발생하여 파이프라인이 파열될 수 있습니다. 사고를 방지하기 위해 방사형 축 터빈에는 압력 서지 동안 나선형 챔버에서 하류로 물을 배출하는 안전 유휴 배출구가 장착되어 있습니다.

고압 방사형 축 터빈의 경우 임펠러 블레이드를 지나 누수 가능성을 줄이는 것이 중요합니다. 이는 압력 손실을 줄이는 결합 부품과 특수 씰의 고정밀 제조를 통해 달성됩니다.

임펠러를 통과한 후 물은 원뿔 모양의 흡입관으로 들어갑니다. 흡입관을 통과하면 물의 단면적이 증가하고 속도가 느려지므로 폐수와 함께 쓸데없이 손실되는 운동 에너지가 감소합니다. 또한, 흡입관을 통해 유압장치를 하류 물보다 상당히 높게 위치시킬 수 있어 수력발전소 건물 건설에 편리하다.

터빈 생산에는 터빈의 장기적이고 안정적인 작동을 보장하기 위해 내마모성이 뛰어난 특수 강철 등급이 사용됩니다.

Pelton 터빈(Pelton 터빈)

이 유형의 터빈은 고압에 사용됩니다. 압력 파이프라인은 수력 발전소 건물로 들어가고 제트를 터빈 임펠러로 보내는 노즐로 끝납니다. 노즐에서 나오는 물줄기는 버킷의 오목한 표면을 따라 굴러가며 이동 방향을 반대쪽으로 바꿉니다(그림 28).

마이크로 수력 발전소의 수력 터빈 유형
그림 28. 래들 다이어그램(Pelton Pelton Turbine)

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그림 28-1. 임펠러(Pelton 버킷 터빈)

버킷에서 반사된 제트가 몸체에 대해 속도가 XNUMX인 경우 최대 효율이 발생합니다. 분석에 따르면 이는 버킷의 주변 속도가 제트 속도의 절반과 같을 때 달성됩니다.

터빈의 버킷은 쌍을 이루며 제트는 로터 베어링의 축방향 힘을 보상하기 위해 버킷의 조인트에 공급됩니다. 터빈 노즐은 들어오는 물의 양을 조절하는 역할을 합니다. 노즐 내부에서 움직이는 바늘은 채널의 단면과 터빈 휠로 들어가는 물의 흐름을 변경합니다(그림 29).

마이크로 수력 발전소의 수력 터빈 유형
그림 29. 니들 밸브 노즐 개략도(Pelton Pelton Turbine)

노즐 외에도 터빈 매개변수를 조정하기 위해 노즐과 버킷 사이에 위치한 장애물인 디플렉터가 사용되어 제트를 편향시키고 유압 장치 로터에 가해지는 제트의 힘을 감소시킵니다. 디플렉터를 사용하면 터빈을 조정할 때 유압 충격을 피할 수 있습니다. 바늘로만 제트를 조절할 때 네트워크의 전기 부하가 급격히 떨어지는 경우 바늘이 물 배출구를 막아 파이프라인에 유압 충격이 발생하고 손상될 가능성이 있습니다. 폐수는 하류로 흘러 들어갑니다. 따라서 압력 손실을 줄이기 위해 노즐과 터빈은 가능한 한 배수 높이보다 낮게 위치해야 합니다. 터빈 케이싱은 수력 발전소를 물보라로부터 보호하는 역할을 하며, 케이싱에서 반사된 물이 로터로 다시 떨어지지 않고 설치 효율성이 떨어지지 않도록 큰 크기로 만들어집니다.

버킷 터빈에는 임펠러 원주 주위에 간격을 두고 여러 개의 노즐이 설치되는 경우가 많으며 이는 회전 지지대에 가해지는 부하를 줄여줍니다(그림 30).

현대식 수력 터빈 건설은 다음과 같은 주요 추세를 고려하여 발전하고 있습니다.

운영 효율성과 신뢰성을 높입니다.
더 작은 크기와 무게의 유압 장치로 필요한 설계 전력을 제공하기 위해 수력 터빈의 속도를 증가시켜 전력 장비와 수력 발전소 건설 비용을 절감합니다.
설계 외 하중 및 압력에서 작동할 때 수력 터빈의 에너지 특성을 개선하고 장치의 평균 작동 효율을 높입니다.
흐름 부분(특히 방사형 축 유압 터빈의 임펠러 뒤)의 압력 맥동과 이에 수반되는 장치의 진동을 줄입니다.
유압 장치;
수력 발전소에서 강력한 유압 장치를 사용하면 그 수를 줄이고 효율성을 높이며 전력 장비 및 건물 비용을 줄일 수 있습니다.
단위 용량의 추가 성장.

마이크로 수력 발전소의 수력 터빈 유형
그림 30. 두 개의 노즐이 있는 Pelton 터빈

기기 전송

터빈에서 발전기로 회전 에너지를 전달하려면 전송 장치가 필요합니다. 일부 미세 수력 발전소 설계는 샤프트를 통한 직접적인 에너지 전달을 제공합니다(임펠러와 발전기 로터가 동일한 샤프트에 있음). 다른 변속기 시스템(벨트 또는 기어)은 임펠러의 회전 기어비를 발전기 로터로 변경하거나 변경 없이 전달할 수 있습니다.

저자: Kartanbaev B.A., Zhumadilov K.A., Zazulsky A.A.

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