Tua bin nước đã được sử dụng cho lưới điện và năng lượng công nghiệp từ thế kỷ 19. Hạn chế chính của tuabin nước là kích thước của nó vì nó hạn chế tốc độ dòng chảy và có thể kiểm soát được cột áp. Quá trình chuyển đổi từ các tuabin này sang các tuabin hiện tại mất khoảng vài năm.
Vì vậy, sự phát triển này diễn ra xuyên suốt cuộc Cách mạng công nghiệp với các phương pháp và nguyên lý khoa học. Họ cũng sử dụng các vật liệu và kỹ thuật thiết kế mới khác nhau để phát triển các tuabin này. Bài viết này thảo luận tổng quan về tuabin nước và hoạt động của nó.
Phụ lục bài viết
Tua bin nước là gì?
Định nghĩa: Một máy quay dùng để biến đổi các năng lượng của nước như động năng và thế năng thành công cơ học được gọi là tua bin nước. Chúng được sử dụng chủ yếu trong các đập để tạo ra năng lượng điện bằng cách sử dụng thế năng của chất lỏng. Hiệu suất hoạt động của tua bin nước hiện đại cao hơn 90%. Sơ đồ tuabin nước được hiển thị dưới đây.
Cấu tạo
Tua bin nước Francis được sử dụng thường xuyên nhất được trình bày dưới đây. Điều này có thể được thiết kế với các bộ phận khác nhau như trục chính, vòng vận hành, thiết bị dẫn nước, vỏ xoắn ốc, cánh dẫn hướng, vòng đệm, ống dẫn, ống hút, nắp đầu & đầu vào chất lỏng. Cấu trúc của tuabin nước được trình bày dưới đây.
Đây là sự kết hợp giữa cả tua bin phản lực và xung lực, trong đó các cánh quạt trong tuabin này quay bằng cả lực cung cấp nước xung và phản ứng nên nó tạo ra điện rất hiệu quả. Trong các trạm thủy điện, loại này được sử dụng thường xuyên nhất để sản xuất điện trong các trạm thủy điện.
Có hai kiểu dòng chảy tuabin dựa trên hoạt động như dòng hướng tâm và dòng hướng trục. Một kỹ sư xây dựng người Mỹ như James B. Francis đã nảy ra ý tưởng bằng cách kết hợp cả hai tuabin như xung lực và phản lực trong đó nước cấp triệt để vào tuabin và thoát ra theo trục.
Nguyên lý làm việc của tuabin nước
Tua bin về cơ bản hoạt động dựa trên định luật thứ ba của Isaac Newton vì định luật này quy định rằng đối với mỗi tác dụng cũng có một phản ứng tương đương và ngược lại. Nói chung, Tua bin được cố định ở một vị trí nên khi nước cung cấp khắp nó thì lực sẽ giảm ở phía sau mỗi cánh quạt sẽ đẩy tua bin quay.
Đối với nước hoặc không khí, nguyên lý làm việc tương tự nhau, môi trường sẽ chuyển động nhanh hơn, áp suất lớn hơn và tua-bin quay nhanh hơn.
Các loại tuabin nước
Hoạt động của tuabin chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau như chiều cao “đầu”, lưu lượng nước, độ sâu đặt tuabin, hiệu suất, chi phí, v.v. Tua bin thủy điện có hai loại chính: phản lực và xung lực.
Tua bin phản ứng (Reaction Turbine)
Tua bin này tạo ra năng lượng khi cả hai lực được kết hợp như nước chuyển động và áp suất. Một thanh dẫn được đặt trực tiếp trong dòng nước để nước chảy trên các cánh tuabin thay vì chạm vào từng cánh riêng biệt. Nói chung, các tuabin này chủ yếu được sử dụng ở Hoa Kỳ do cột nước thấp hơn và lưu lượng nước cao hơn. Tua bin phản lực được sử dụng thường xuyên nhất là Francis & Propeller. Tua bin động học cũng là tua bin phản ứng.
Tua bin cánh quạt (Propeller Turbine)
Thông thường, tuabin cánh quạt bao gồm một bánh chạy có tối thiểu 3 đến tối đa 6 cánh. Đây là loại tua-bin phản ứng dòng chảy hướng vào trong có bánh dẫn hình cánh quạt, được sử dụng trong tàu ngầm và tàu thủy. Người chạy này có thể được thiết kế với lưỡi dao có thể điều chỉnh hoặc cố định.
Trong tuabin này, dòng nước có thể được thay đổi thông qua các cổng phụ hoặc các cánh dẫn hướng có thể thay đổi để di chuyển nước vào ống dẫn để truyền năng lượng tới các cánh quạt. Nói chung, tuabin này được sử dụng ở các khu vực thủy lực nhờ tốc độ dòng chảy cao.
Các bộ phận chính được sử dụng trong ống dẫn là cổng phụ, ống gió và hộp cuộn. Có nhiều loại tua bin cánh quạt khác nhau như bóng đèn, ống, Straflo & Kaplan.
Tua bin bóng đèn (Bulb Turbine)
Đây là một tuabin phản lực, được sử dụng cho cột áp rất thấp. Đúng như tên gọi, các bộ phận của tuabin này và máy phát điện được đặt trong một bóng đèn. Tua bin này bao gồm các cánh quạt khác nhau dựa trên lưu lượng nước và cột nước. So với tuabin Kaplan, tuabin này có công suất dòng chảy và hiệu suất đầy tải cao hơn. Chi phí xây dựng tuabin này thấp.
Straflo
Đây là những tuabin hướng trục trong đó máy phát điện được đặt ở bên ngoài kênh dẫn nước và được nối với mép của đường dẫn nước. Những tuabin này làm giảm nhu cầu sử dụng bóng đèn bằng cách đặt máy phát điện bên ngoài kênh dẫn nước.
Tua bin ống (Tube Turbine)
Phạm vi công suất của tuabin này dao động từ 20 kW đến 700 kW trong đó máy phát điện và tuabin được đặt trên một trục tương tự bao gồm các vòng đệm và vòng bi chung. Cấu hình của máy phát điện tua-bin ống được sử dụng khi có đường ống cấp nước vào nhà máy.
Nói chung, thiết bị đóng là một van bướm được mở bình thường thông qua bộ nguồn thủy lực và bị chặn do trọng lượng chết. Cần có một kết nối linh hoạt giữa tuabin và van để cho phép lắp và tháo thiết bị.
Ở đây, thiết kế nhà máy điện có thể được đơn giản hóa bằng cách chọn góc lắp đặt theo chiều ngang và chiều dọc. Yêu cầu về không gian cho tổ máy tuabin này là nhỏ và không cần có bệ lắp đặt riêng.
Tua bin Kaplan
Loại cánh quạt là tuabin Kaplan bao gồm các cánh có thể điều chỉnh được. Tua bin này được phát triển bởi một giáo sư người Áo tên là “Viktor Kaplan” vào năm 1913. Ông đã kết hợp các cánh quạt với cổng phụ được điều chỉnh tự động để đạt được hiệu quả ở nhiều mức độ và lưu lượng nước khác nhau.
Những tuabin này hiện đang được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong sản xuất điện có lưu lượng cao và cột nước thấp. Đầu của tuabin này chủ yếu dao động từ 33 đến 230 ft trong khi công suất của nó chủ yếu dao động từ 5 đến 200 MW.
Tua bin Francis (Francis Turbine)
Tua bin thủy điện hiện đại đầu tiên là tua bin Francis, được phát minh bởi Kỹ sư tên là ‘James Francis’ vào năm 1849. Tua bin này bao gồm một con chạy thông qua các cánh cố định, nơi dòng nước xung quanh con chạy có thể làm cho các cánh quay quay. Các bộ phận được sử dụng bên cạnh thanh dẫn là ống gió, hộp cuộn và cổng phụ.
Những tuabin này chủ yếu được sử dụng trong các tình huống cột áp trung bình đến cao và cũng được sử dụng cho cột áp thấp. Tua bin này hoạt động rất tốt ở cả hai hướng như dọc và ngang.
Tua bin động học (Kinetic Turbine)
Những tua bin này còn được gọi là tua bin dòng tự do, được sử dụng để tạo ra điện từ KE (động năng) trong dòng nước thay vì thế năng (PE) từ đầu tua bin. Các tuabin này hoạt động trong vùng nước thủy triều, sông, kênh nhân tạo và dòng hải lưu vì hệ thống động học sử dụng dòng nước một cách tự nhiên và chúng không cần chuyển hướng nước qua lòng sông, đường ống và kênh nhân tạo.
Hệ thống động học không cần các công trình dân dụng lớn vì chúng có thể tận dụng các cấu trúc hiện có như đường ray, kênh và cầu.
Tua bin xung (Impulse Turbine)
Nói chung, loại tuabin này sử dụng tốc độ của nước để quay bánh xe và giải phóng lực khí quyển. Một dòng nước đập vào từng xô trên người chạy. Nước chảy ra khỏi đế tuabin sau khi đập vào bánh dẫn mà không có lực hút vào đế tuabin.
Nói chung, tuabin xung lực được sử dụng cho các ứng dụng có lưu lượng thấp và tốc độ cao. Tua bin xung được phân thành hai loại như Pelton và dòng chảy ngang.
Tua bin Pelton (Pelton Turbine)
Tua bin Pelton được phát minh vào năm 1870 bởi nhà phát minh người Mỹ tên là “Lester Allan Pelton”. Nói chung, các tuabin này được sử dụng cho cột áp cực cao và dòng chảy thấp. Đối với tuabin xung lực, ống thông gió không cần thiết vì bánh dẫn phải được đặt phía trên mực nước đuôi tối đa để cho phép vận hành ở áp suất khí quyển.
Tua bin này bao gồm tối thiểu một hoặc một số tia tự do xả nước vào khe hở được sục khí và xâm nhập vào các thùng vận hành.
Tua bin dòng chảy chéo (Cross-Flow Turbine)
Tua bin dòng chảy ngang được phát minh bởi kỹ sư người Áo tên là “Anthony Michelle” vào năm 1900. Sau đó, một số cải tiến trong thiết kế này đã được thực hiện bởi kỹ sư người Hungary như Donát Bánki và kỹ sư người Đức như Fritz Ossberger. Tua bin này có sẵn ở dạng trống với một vòi phun hình chữ nhật hướng bên cạnh các cánh uốn cong trên một máy chạy mô hình hình trụ. Nó trông giống như một chiếc máy thổi lồng sóc.
Tua bin này cho phép dòng nước chảy qua các cánh quạt hai lần. Lần đầu tiên, nước được cấp từ mặt ngoài của cánh vào bên trong. Sau đó, nước cấp từ trong ra ngoài.
Ở phần đầu của tuabin, một cánh dẫn hướng hướng dòng nước vào một phần hạn chế của bánh dẫn. Tua bin này được thiết kế để chứa một lượng nước lớn và cột nước thấp hơn mức mà tua bin Pelton có thể xử lý.
Ưu điểm
Những ưu điểm của tuabin nước bao gồm những điều sau đây.
- Đây là những khả năng tái tạo.
- Khí thải miễn phí.
- Nhất quán.
- Có thể thay đổi.
- Nó có thể tạo ra những hồ nhỏ.
- Đất có thể phát triển rất nhanh.
- Thủy điện mang lại một số lợi ích như hỗ trợ tưới tiêu, kiểm soát lũ lụt và nước uống sạch.
- Thủy điện không tốn kém.
- Cuối cùng, nó cung cấp điện và sức mạnh rẻ tiền so với các nguồn năng lượng khác.
Những nhược điểm của tuabin nước bao gồm những điều sau đây.
- Tác dụng đối với cá trong nước
- Vị trí nhà máy bị hạn chế
- Chi phí ban đầu cao
- Khí thải mêtan và cacbon
- Nguy cơ lũ lụt
Ứng dụng
Các ứng dụng của tuabin nước bao gồm những điều sau đây.
- Chúng được sử dụng rộng rãi cho các ngành công nghiệp cho đến lưới điện
- Những tuabin này chủ yếu được sử dụng để tạo ra năng lượng điện.
- Những tuabin này có sẵn trong các đập để tạo ra năng lượng điện bằng cách sử dụng năng lượng tiềm năng của nước.
- Tua bin Francis được sử dụng rộng rãi nhất được sử dụng trong các nhà máy thủy điện để sản xuất điện.
- Tua bin loại dòng chảy hỗn hợp được sử dụng trong tưới tiêu để bơm nước từ mặt đất.
- Nó là một loại tuabin rất hiệu quả so với các loại khác.
Tua bin nước có thể tạo ra bao nhiêu năng lượng?
Thông thường, các tuabin này tạo ra công suất lên tới 100 kilowatt.
Tua bin nước hiệu quả như thế nào?
Tua bin hiện tại chuyển đổi 90% năng lượng có thể tiếp cận được thành điện năng.
Tua bin nào có hiệu suất thấp nhất?
Loại Pelton có hiệu quả kém hơn.
Máy phát điện là loại thiết bị nào?
Máy phát điện xoay chiều hay còn gọi là máy phát điện có chức năng biến đổi năng lượng từ cơ sang điện trong dòng điện xoay chiều.
Máy phát điện có bị hỏng đột ngột không?
Máy phát điện là một bộ phận không thể thiếu trong hệ thống điện. Khi máy phát điện tua bin nước của bạn bắt đầu bị hỏng, nó sẽ gây ra các sự cố về điện khác nhau trong hệ thống và cuối cùng gây ra sự cố. Vì vậy chúng có thể thất bại đột ngột hoặc dần dần theo thời gian.
Vì vậy, đây là tổng quan về tuabin nước và hoạt động của nó, các ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng. Hiện nay, loại tuabin được sử dụng phổ biến nhất là “tuabin Francis” vì nó có thể đạt hiệu suất trên 95%.
Nếu bạn cần thiết bị đo điện chính hãng, uy tín
Lidinco là công ty cung cấp các loại thiết bị do điện uy tín nhập khẩu trực tiếp với giá cạnh tranh. Các sản phẩm đều được bảo hành theo chính sách hãng, tư vấn kỹ thuật tận tình.
Ngoài ra, Lidinco còn cung cấp các loại thiết bị phân tích, đo lường viễn thông, vật tư nhà máy, công nghiệp, thiết bị giáo dục, thiết bị SMT và các loại thiết bị chuyên dụng khác.
Công Ty TNHH Đầu Tư Phát Triển Cuộc Sống
Địa chỉ: 487 Cộng Hòa, Phường 15, Quận Tân Bình, TPHCM, Việt Nam
Điện thoại: 028 3977 8269 / 028 3601 6797
Di động: 0906 988 447
Email: sales@lidinco.com
Xem thêm: Ăng ten vòng: Thiết kế, hoạt động, phân loại, kiểu bức xạ và ứng dụng của nó
