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跨流涡轮机

Crossflow涡轮机广泛用于英国小型水力发电站点,典型功率输出从5千瓦且最大100 kW,尽管它们实际上可以在最大的系统上尺寸高达3兆瓦。一般来说,对于这些更高的功率输出,有更好的涡轮机选择。

他们将从1.75米的净水头一直工作到200米,尽管对于水头超过40米的地方有更合适的涡轮机选择。他们将工作在平均年流量低至40升/秒至5立方米/秒,尽管在更高的流量可能有更好的其他涡轮类型考虑。

图1 - 横截面中的交叉流涡轮机

横流涡轮机得名于水的流动方式,或更正确地“跨越”转子如图1所示(因此横流或横流)。水流过和下面的进口导流叶片,引导水流,以确保水在正确的角度击中转子最大的效率。然后水流过上部的动叶,在转子上产生扭矩,然后流过转子的中心,然后流过低的动叶,在转子上产生更多的扭矩。大部分的动力由上部叶片(大约75%)抽取,剩下的25%由下部叶片提供。很明显,转子是旋转的,所以上的叶片一会儿就会变成下的叶片。

横流涡轮的优点之一是它们在一定程度上具有自洁性,在上部叶片上被推入或卡住的叶片会被下部叶片上流出的水冲走。此外,离心力倾向于向外抛出滞留的碎片,进一步增加了自清洁能力。这不是一个很大的好处,因为精细的鱼片需要在摄入量,这往往排除垃圾。

主要部件如图1和图2所示。水通过进口适配器进入,也称为“圆形到方形适配器”,因为它适合之间的圆形供水管道和矩形进口涡轮机。进口适配器可以是水平方向(如图1所示)或垂直方向(如图2所示),以适应现场条件。

横流涡轮机的爆炸视图

图2 - 交叉流动涡轮的主要部分

接下来,水会进入导叶,导叶既可以调节涡轮的流量,又可以引导水流以最佳角度进入转子,以达到最大效率。转子在水平轴上旋转,看起来类似于圆柱形割草机转子,虽然是一个更重的结构。

横流涡轮机是冲动涡轮机,这意味着(在其他事情中)转子是旋转的空气,并不是完全淹没像在一个反应(例如卡普兰)涡轮机。水离开转子,落入导流管,它可以有许多米长(虽然通常不超过整个系统总净水头的三分之一)。流出的水从旋翼下方充满导流管一直到排出的水位。这一柱的水想要“跌落”的导流管,但不能因为空气,将需要填补空白是阻止进入迅速通过空气进口阀前涡轮机壳。这在涡轮腔内创造了一个负压,称为“吸力头”通过涡轮。正水压力从上游一侧的转子称为“压力水头”和压力和吸入水头的总和等于净水头通过水力系统。

当设置交叉流动时,重要的是正确调节进气阀,使得它允许正确的空气进入涡轮室;草稿管中的水域太多,水中的水柱将落下,减少吸头和系统的效率。草稿管中的水塔太少,水管中的水将上升并“淹死”转子,这会导致过度阻力并降低效率。

使用导流管最大限度地提高吸力头的优点是,长导流管将横流涡轮的主体向上移动,远离排放水位,(希望)在高流量事件中超过洪水水位。如果涡轮机的主体仍然有可能在高流量事件中被淹没,它将不得不建立在一个“水箱”外壳。

交叉流动涡轮机的另一个主要优点是它们宽的操作流程范围,横跨整个范围的高效率。这是可能的,因为(大多数)交叉流有两个入口导叶,其中进气宽度的一个1/3和宽度的第二2/3(所谓的1/3:2/3分裂)。这意味着在较低流动时段期间,2/3入口导叶片可以完全关闭,允许没有水,并且涡轮机将仅在1/3导叶片上运行,从而有效意味着只有1/3的转子的1/3正在使用。如果“平均”流量可用,则1/3导符可以关闭,涡轮机仅在2/3侧操作,然后当可获得高流量速率时,两个导叶可以一起工作。这在图3中示意性地示出,以及效率曲线。注意,86%显示的峰值效率有点高:82%对高质量的跨流涡轮机更加真实。横轴(标记为'Q(%)')是最大流速的百分比,因此100%是最大流速,最大值的50%。涡轮效率在垂直轴上显示。

横流涡轮效率曲线

图3 - 操作中1/3,2 / 3和3/3入口导叶效率曲线

在良好质量的交叉流动,导流叶片适合如此精确,他们可以停止水流动100%。这是一个有用的功能,因为这意味着转子涡轮时可以停止完全关闭,虽然在某些情况下,最好是把转子转动很慢甚至当关闭以防止发电机内充斥各种船体上如果关闭一段时间在夏季低流动。

一个典型的低水头横流涡轮安装如图4所示。值得注意的是尾水管出口下方的排放池的深度。这是为了确保排水能有效排出,但也意味着在施工阶段需要在现场下游水位以下进行非常深的挖掘。这可能是有问题的,如果100%有效围堰不能建立干出的区域由于场地布局,这是一个相当昂贵的特点,建设。

图4 -典型低水头横流涡轮安装的横截面

图4 -典型低水头横流涡轮安装的横截面

交叉流可在若干转子直径,通常在100毫米的步骤从100毫米到500毫米。较小的直径用于较高的位置。对于从2.5米到5米的低水头位置,通常使用300毫米直径的转子。400和500毫米转子用于非常低的头的地点。国家授权正规彩票app可再生能源第一公司已经成功地在低至1.75米的净水头上安装了500毫米转子交叉流。

交叉流涡轮机的许多部分是标准化的,只有转子的宽度是定制的,以匹配在水力站点的流动的预期范围。

交叉流涡轮机需要相对较少的维护。主转子轴承是通过两个润滑脂乳头润滑的润滑脂,在涡轮机的每一侧,并且需要从一个每月润滑脂枪润滑。每年应检查空气入口阀位置。具有交叉流动涡轮机的水力系统通常具有12毫米的进气屏,这几乎可以防止进入涡轮机的最小碎片,而这种碎片可以在没有任何问题的情况下通过。优质的交叉流动涡轮机应高效运行至少40年,最旧的涡轮机60岁,仍然可靠,高效,在大多数情况下只有需要新的主轴承和导向叶片灌木。

在涡轮机的外侧,两个入口导向叶片通过电动或液压致动器移动,通过“致动器臂”(参见图5和6)移动。执行器运动的量和方向由系统控制器控制。

涡轮转子通常比发电机转动得慢,所以要么用皮带传动要么用齿轮箱来提高转速。在较小的系统上,驱动滑轮可以直接连接到涡轮轴上,而在较大的系统上,一个中间层轴被用来避免对涡轮传动轴施加过大的径向负荷。最好的(和最昂贵的)选择是使用齿轮箱连接到涡轮通过一个灵活的联轴器,如图7所示。

下面的图片显示了一系列不同的横流涡轮机安装的可再生能源第一多年。国家授权正规彩票app如果您对横流水轮机为基础的水电系统感兴趣,请与我们联系并进一步讨论。

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