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Pelton和Turgo涡轮机

水斗式涡轮机

佩尔顿涡轮机用于中高水头水力发电厂,水头从20米到数百米。

在最大的公用事业规模的Pelton系统上,电源输出可以从几千瓦到几十兆瓦。由于操作扬程高,流量往往较低,在最小的系统上从5升/秒到1米不等3./s在较大的系统上。相对较低的运行流量不是问题,因为实现水头所需的地形必须是丘陵或甚至是山地,而这些地形通常位于河流集水区的高处,因此集水区面积较小,因此流量较小。

与发电相比,水轮机是相对紧凑的,因为流速相对较低,相关的管道是相对较小的。这意味着,一个水轮机本身通常容易安装比一个同等动力的卡普兰涡轮机,但水轮机需要高压供水从一个压力管,设计和安装压力管通常更具有挑战性,比涡轮机更昂贵。

水轮机的基本图显示在图1,和转子(这是所谓的'水轮机')显示在图2。

Pelton和turgo涡轮机

水轮机主要部件示意图

在图1中,压力管在左侧输送水。在它进入涡轮之前,它通过喷嘴或矛射流(矛射流是一个可调节的喷嘴)。矛射流调节流量通过涡轮前后移动的矛头进入和离开喷嘴,改变流动面积,因此流量。矛形喷射器的位置通常由系统控制器根据进水口水位(即河水流速)的变化来控制。

矛形射流的喷嘴受到恒定的高压水流的影响,随着时间的推移会受到侵蚀,特别是当水中含有高于正常浓度的研磨砂时。由于这个原因,它通常由硬质合金制成,坚硬得难以置信,能够抵抗侵蚀,即使如此,在维修期间也易于更换。

图2 -“Pelton轮”转子(注:两个不同的转子显示)

图2 -“Pelton轮”转子(注:两个不同的转子显示)

一旦通过矛射流的水冲击转子和转移约97%的动能到转子的旋转能量。为了实现这种能量转移,这些桶被精确地设计成最大限度地减少所有损失。首先“分流”水射流分裂成两个相等的两半的每一方桶,桶的形状是精心设计把喷射的水几乎180度的动能转移最少的飞溅,留下足够的能量水射流完全退出转子,这样几乎没有水打第二桶,造成阻力。桶的表面通常是高度抛光,以减少阻力和转子本身是微妙的平衡。在桶的顶部的小“切断”是为了确保下一个桶不会切断的射流在前一个桶的转子旋转过早。

一旦水射流离开转子,它就会落到涡轮机壳的底部,然后通过排泄管返回到河里。

为了获得更高的流量,因此更大的功率通过一个单一的水斗转子,有可能有多个矛射流,如图3所示。通常认为6个喷流是最大的,有了这么多喷流,涡轮机匣的设计就变得至关重要,以确保排出的水能清除转子,并能离开转子区域,而不会溅得到处都是,造成过多的阻力。

图3 -一个六矛式水轮机

图3 -一个六矛式水轮机

Pelton涡轮机可以达到高达95%的效率,甚至在“微”规模的系统90%的峰值效率是可以实现的。而且,即使在部分流率下,效率也保持在一个较高的水平,这主要是因为矛形射流的低损失设计。在多个矛式射流pelton上,可以以非常高的效率操作,从最大流量的几个百分点一直到最大流量。单、双矛射流冲击式水轮机的典型效率曲线如图4所示;有了更多的矛形射流,Pelton涡轮将在更大的流量范围内以高效率运行。

图4 -效率曲线为一个单和双矛射流Pelton涡轮机

图4 -效率曲线为一个单和双矛射流Pelton涡轮机

Pelton涡轮机以相对较高的速度旋转,因此通常可以设计它们,使涡轮机和发电机的最佳运行速度相同,以便它们可以直接耦合。这具有降低驱动系统成本的优势,因为只需一个灵活的联轴器,并节省皮带传动或变速箱中的所有损失,可以在2%至7%之间。

图5 -可再生能源在2007年首次安装了双矛式水轮机国家授权正规彩票app

图5 -可再生能源在2007年首次安装了双矛式水轮机国家授权正规彩票app

下面的图5显示了可再生能源公司在2007年首次安装的带有双矛式喷嘴的Pelton涡轮机。国家授权正规彩票app该系统的最大功率输出为11kw,因此是一个相对较小的系统。图6显示了一个正在安装的大型多兆瓦系统(不是我们),但给出了一个很好的想法,多大的Pelton系统可以。该系统有双转子和一个直接耦合发电机显示在图片的右边。

图6 -大型公用事业规模的水轮机安装

图6 -大型公用事业规模的水轮机安装

Turgo涡轮机

图7 -水射流对涡轮转子的冲击

图7 -水射流对涡轮转子的冲击

Turgo涡轮机是由吉尔克斯在1919年开发的,是Pelton涡轮机的发展。他们可以处理一个更高的流量比一个物理上相似大小的Pelton涡轮和转子的制造稍微便宜。在大多数其他方面,他们是非常相似的pelton所以上面的讨论适用于两种涡轮机类型。特别的涡轮涡轮使用相同的矛射流调节通过涡轮的流量。

图8 -全装配涡轮与偏心矛射流清楚可见

图8 -全装配涡轮与偏心矛射流清楚可见

主要的物理差异是水射流冲击转子的一侧,并从相反的一侧出口,如图7所示。注意,这个涡轮是使用一个固定的射流,而不是矛射流,所以它将只在一个固定的流量。图8显示了一个完全组装的涡轮涡轮在其外壳和整个矛-喷射组件,可以看到是直接水到右边的转子。

图9 -不锈钢桶DIY涡轮涡轮机

图9 -不锈钢桶DIY涡轮涡轮机

也有几个有趣的“模块化”涡轮涡轮机,这是非常喜爱的diy末端的水电市场。制造商生产单独的桶,尼龙或不锈钢的,它们可以由制造商组装成一个直径与现场头部相匹配的转子。这些DIY喷气机通常使用固定射流,但矛射流也可以使用。一个典型的DIY涡轮涡轮转子不锈钢桶如图9所示。

期摄入屏幕

图10 -一个大的Coanda进气屏幕

图10 -一个大的Coanda进气屏幕

不直接相关的涡轮部分的网站,但值得一提的是,现代Pelton和涡轮系统几乎完全使用coanda进气屏幕。这些屏幕被内置到主通道中,以便水流过它们,如图10所示。屏幕上有数百个大约1到2毫米宽的小槽,水可以通过“coanda效应”流过。Coanda筛具有被动自清洁的巨大优势,因为当碎片堆积在筛的上表面时,它会被流过筛的水冲刷到下游。由于细杆间距,他们也排除了所有但最小的碎片,确保最低磨损的涡轮机。

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