マイクロ水力発電所の水車の種類。スキーム、説明

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マイクロ水力発電所の水車の種類。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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プロペラタービン（カプラン水車）

プロペラタービンはあらゆる種類のタービンの中で最も高速です。これにより、低流量でもより高い回転速度が得られます。タービン速度が高いと、より高速で軽量かつ安価な発電機の使用が可能になったり、伝動装置 (ギアボックスやベルト伝動システム) のコストを削減したりできます。したがって、プロペラタービンは、流量が低い場合には最低圧力で使用されます。

プロペラタービンの羽根車は、外観的にはファンのように見えます（図20）。

小水力発電所の水力タービンの種類
図 20. 固定翼プロペラタービン

タービンのブレードは固定式と回転式の両方で使用できます (図 21)。最初のケースでは、ブレードは発電機の動作圧力と最適な負荷に対応する選択された角度で固定されます。回転ブレードは、圧力変動が大きい大型タービンや変動負荷条件下での発電機の動作に使用することが正当化されます。回転ブレードの助けにより、インペラの回転速度と発電機で生成される電圧の周波数を一定に維持することができます。

小水力発電所の水力タービンの種類
図 21. カプラン水車

小水力発電所の水力タービンの種類
図21-1。動作原理

プロペラタービンにはガイドベーン（図 22）があり、タービンブレードに水流を直角に送り込み、最大効率を達成します。ガイドベーンを使用すると、タービンの出力を調整でき、場合によっては、タービンホイールへの水のアクセスを完全に停止できます。

小水力発電所の水力タービンの種類
図 22. タービンガイドベーン

プロペラタービンには吸気管が装備されています。吸込管はタービンから水を排出するための断面が広がる流路です。パイプラインの断面積が増加すると、水の速度とその運動エネルギーが減少し、流出する流れでのエネルギー損失を減らすことができます。また、吸込管により下流の水面よりも上にタービンを設置することが可能となる。

プール (fr. bief) は、水力構造に隣接する水域の一部です。上流 (圧力盆地に隣接) と下流 (放水路に隣接) は区別されます。

吸込管は図のように直線状のものと曲線状のものがあります。 23と24:

小水力発電所の水力タービンの種類
図 23. 直吸式油圧ユニット

小水力発電所の水力タービンの種類
図24。湾曲したサクションパイプを備えた油圧ユニット

ラジアル-アキシャルタービン (フランシスタービン)

水は、ホイールの外側からラジアルアキシャルタービンの羽根車に入り、半径に沿ってタービンの中心に向かって移動します（図25）。複雑な空間曲面形状のブレードの間を通過した水は、ローターにエネルギーを与えて回転させます。

小水力発電所の水力タービンの種類
図 25. ラジアル-アキシャル (フランシス水車)

小水力発電所の水力タービンの種類
図25-1。ラジアル-アキシャル (フランシスタービン)、外観

インペラの全周に正確かつ均一に水を供給するために、インペラは螺旋室で囲まれています（図 26）。スパイラルチャンバーとホイールの間にガイド装置が配置されており、水をタービンホイールに所望の角度で導くブレードから構成されています。ガイドベーンを回転可能にして、水の流れと羽根車ブレードへの流れの最適な方向を変更できます (図 27)。これにより、設計外のモードでのタービンの効率が向上します。ガイド装置には手動調整システムまたは自動調整システムを装備することができます。

小水力発電所の水力タービンの種類
図 26. フランシスタービンのボリュートベーンとガイドベーンのスキーム

小水力発電所の水力タービンの種類
図27。手動で調整可能なガイドベーンを備えたフランシス水車

ラジアルアキシャルタービンでは、圧力パイプ内でウォーターハンマーが発生する危険性があります。発電機の故障や負荷の急激な低下が発生した場合、ガイドベーンにより水流が減少し、圧力パイプライン内でウォーターハンマーが発生し、パイプラインの破断につながる可能性があります。事故を防ぐために、ラジアルアキシャルタービンには、圧力サージ時にスパイラルチャンバーから下流に水を排出する安全アイドル出口が装備されています。

高圧ラジアル-アキシャルタービンの場合、インペラブレードを通過する水の漏れの可能性を減らすことが重要です。これは、嵌合部品の高精度製造と圧力損失を低減する特殊なシールによって実現されています。

水は羽根車を通過した後、円錐形の吸込管に入ります。吸込管を通過する水は断面積が大きくなり速度が低下するため、廃水とともに無駄に排出される水の運動エネルギーが減少します。また、吸込管により水力発電ユニットを水の下流よりもはるかに高い位置に設置できるため、水力発電所建屋の建設に便利です。

タービンの製造には、タービンの長期にわたる信頼性の高い動作を保証するために、特殊な耐摩耗性の高い鋼種が使用されています。

ペルトンタービン（ペルトンタービン）

このタイプのタービンは高圧に使用されます。圧力パイプラインは水力発電所の建物に入り、ジェットをタービンインペラに導くノズルで終わります。ノズルから出た水流はバケットの凹面上を転がり、進行方向を反対に変えます（図28）。

小水力発電所の水力タービンの種類
図 28. 取鍋図（ペルトン・ペルトン水車）

小水力発電所の水力タービンの種類
図28-1。インペラー（ペルトン水車）

効率が最大になるのは、バケットから反射されたジェットの本体に対する速度がゼロの場合です。分析が示すように、これは、ジェットの速度の半分に等しい取鍋の周速度で達成されます。

タービン内のバケットは対になっていて、ジェットがバケットの接合部に供給されて、ローターベアリングにかかる軸方向の力を補償します。タービンノズルは、流入する水の量を調整する役割を果たします。ノズル内で動くニードルにより、流路の断面積とタービンホイールに入る水の流量が変化します（図29）。

小水力発電所の水力タービンの種類
図 29. ニードルバルブノズルの回路図 (ペルトンペルトンタービン)

ノズルに加えて、タービンのパラメータを調整するためにデフレクターが使用されます。タービンはノズルとバケットの間にある障害物で、ジェットを偏向させ、油圧ユニットのローターにかかるジェットの力を軽減します。デフレクターを使用すると、タービンを調整する際の油圧ショックを回避できます。ニードルのみでジェットを調整する場合、ネットワーク内の電気負荷が急激に低下した場合、ニードルが水の出口をブロックし、パイプライン内でウォーターハンマーが発生し、パイプラインが損傷する可能性があります。廃水は下流に流れます。したがって、圧力損失を減らすには、ノズルとタービンを流れのレベルに対してできるだけ低い位置に配置する必要があります。タービンハウジングは水力発電所室の飛沫を防ぐために使用されており、ハウジングから反射した水がローターに戻らず設置効率を低下させないように大型化されています。

バケットタービンでは、多くの場合、羽根車の周囲に間隔を置いて複数のノズルが設置され、これにより回転軸受への負荷が軽減されます（図30）。

最新の水力タービンの構造は、次の主な傾向を考慮して開発されています。

運用の効率と信頼性を向上させます。
水力タービンの速度を上げて、水力発電ユニットの寸法と重量を小さくして必要な設計出力を提供し、発電設備と HPP 建物のコストを確実に削減します。
水力タービンのエネルギー特性を改善し、設計外の負荷と圧力で動作する場合のユニットの平均動作効率を向上させます。
流路内の圧力脈動（特にラジアル-アキシャル水力タービンのインペラの後ろ）とそれに伴うユニットの振動の低減。
油圧ユニット;
HPP で強力な水力発電ユニットを使用すると、その数を減らし、効率を高め、電力設備と建物のコストを削減することができます。
ユニット容量のさらなる成長。

小水力発電所の水力タービンの種類
図30。 XNUMX つのノズルを備えたペルトンタービン

転送デバイス

回転エネルギーをタービンから発電機に伝達するには、伝達装置が必要です。マイクロ水力発電所の設計の中には、シャフトを介してエネルギーを直接伝達するものもあります (インペラと発電機のローターは同じシャフト上にあります)。他の伝達システム（ベルトまたはギア）は、インペラの回転から発電機ローターへのギア比を変更することも、そのまま伝達することもできます。

著者: Kartanbaev B.A.、Zhumadilov K.A.、Zazulsky A.A.

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