Sähköntuotanto uusiutuvilla energialähteillä, kuten tuulella ja vedellä, on hetken tarve ilmastonmuutoksen ja ilmaston lämpenemisen vuoksi. Kone, joka käyttää liikkuvan veden energiaa ja muuntaa sen mekaaniseksi energiaksi tai sähkö tunnetaan vesiturbiinina.
Se keksittiin 19-luvulla ja sitä käytettiin pääasiassa viljan jauhamiseen ja veden pumppaamiseen. Nyt sitä käytetään pääasiassa sähköntuotantoon patoja rakentamalla. Nykyaikaisten vesiturbiinien hyötysuhde ylittää 90 %.
Vesiturbiinin osat
Vesiturbiini koostuu oleellisista osista, nimittäin vetoputkesta, jakoputkesta, rullauskotelosta, tukista, tukisiiveistä ja käyntiporteista.
1. Vetoputki
Vetoputki on kartion muotoinen putki, joka on liitetty turbiinin juoksuputkeen. Se sijaitsee turbiinin pohjassa ja auttaa ohjaamaan veden virtausta pois turbiinista.
2. Juoksija
Juoksu on pyörivä komponentti, jossa on teriä. Juoksija on jatkuvassa liikkeessä veden virtauksen vuoksi. Kun juoksija pyörii, siitä tulee generaattori, joka tuottaa sähköä. Juoksija tarvitsee hyvän suunnittelun toimiakseen hyvin.
3. Scroll Case
Rullakotelo on kovera kotelo, joka käsittää turbiinin juoksuputket ja käyntiportit. Se ohjaa veden virtauksen teriin ja estää niitä osumasta suoraan teriin.
4. Pysyy
Nämä ovat tankoja, jotka yhdistävät käyntiportit juoksijaan. Ne pitävät portit paikoillaan ja jakavat painonsa tasaisesti.
5. Pysy Vanes
Ne ovat pystysuorat tangot, jotka on kiinnitetty tukiin. Ne auttavat ohjaamaan vettä kohti juoksijan keskustaa varmistaen tasaisen virtauksen terien yli.
6. Wicket Gates
Ne on sijoitettu turbiinin juoksuputkeen säätämään veden virtausta siipille. Ne suojaavat teriä suorilta iskuilta ja vaurioilta. Kuorentin ohjaa käyntiporttien avaamista ja sulkemista tuotetun sähkön perusteella. Kun tarvitaan lisää sähköä, portit avautuvat, jotta vettä pääsee virtaamaan enemmän ja päinvastoin.
Vesiturbiinin ominaisuudet
Erilaiset ominaisuudet on pidettävä mielessä valittaessa vesiturbiinia tiettyyn käyttötarkoitukseen, jotka mainitaan seuraavasti:
- Tehokkuus: Yleensä se vaihtelee 85-90%. Lähtötehon suhdetta syöttötehoon kutsutaan hyötysuhteeksi.
- Kapasiteetti: Mittausyksikkö on gallonaa minuutissa (gpm). Se määritetään arvioimalla veden määrä, joka voi virrata sen läpi sekunnissa.
- Pää: Pää on turbiinin yläpuolella olevan veden korkeus, joka vaihtelee niinkin alhaalta kuin 10 tai 1000 jalkaa (noin 304.8 m).
- Paine: Veden virtaus turbiinin läpi on veden paine, joka mitataan nauloissa neliötuumaa kohti (psi).
- Lämpötila: Lämpötila on tärkeä parametri valittaessa sopivaa vesiturbiinia, koska ne on suunniteltu toimimaan jopa 120 Fahrenheit-asteen lämpötila-alueilla.
Lue myös: Mikä on Kaplan Turbine?
Vesiturbiinien tyypit
Vesiturbiineja on kahta päätyyppiä: impulssi ja reaktio.
1. Reaktioturbiini
Reagoi paineen voimaan ja virtaavaan veteen, sähköä tuotetaan reaktiovesiturbiineilla. Kun vesi liikkuu turbiinin ohi, sen paine, nopeus ja suunta muuttuvat, mikä hyödyntää tehokkaasti sen energiaa. Kun vesi virtaa terien yli, se synnyttää painetta, joka johtaa voimakkaan voiman painamiseen terien etu- ja takaosaa vasten. Tämä voima saa juoksijan pyörimään, muodostaen vääntömomentin ja käynnistäen pyörimisen.
2. Impulssiturbiini
- vesisuihkun nopeutta muutetaan impulssiturbiinien avulla, jotka saavat suihkun kohdistamaan voimaa turbiinin kaareviin siipiin, mikä muuttaa virtauksen suuntaa. Momenttiimpulssi saa aikaan voimakkaan paineen turbiinin lapoihin. Impulssiturbiinissa roottorin siipien yli virtaavan nesteen paine pysyy vakiona, jolloin kaikki työteho on suoraan yhteydessä nesteen liike-energian muutoksiin.
Katso myös: Mikä on pystyakselinen tuuliturbiini (VAWT)?
Vesiturbiinin käyttö
Koska vesiturbiini on uusiutuvan energian sähköntuotantoväline, sillä on useita sovelluksia useilla aloilla, jotka mainitaan seuraavasti:
- Käytetty Vesivoimalaitokset, koska ne auttavat tuottamaan sähköä käyttämällä vesivirtausta.
- Kastelujärjestelmissä vesiturbiineja voidaan käyttää pumppaamaan vettä alempana korkeammalle. Tämä on erityisen hyödyllistä jyrkillä alueilla, joilla vesihuolto on haaste viljelijöille.
- Vedenkäsittelylaitosten turbiineja voidaan käyttää tehokkaasti veden pumppaustarkoituksiin.
Vesiturbiinien edut ja haitat
Vesiturbiineilla on sekä etuja että haittoja, jotka on otettava huomioon turbiinien valinnassa.
edut:
- Se on suhteellisen tehokkaampi kuin muut sähköntuotantotavat.
- Sillä on useita sovellusaloja.
- Huolto ja käyttö on helpompaa.
- Tuottaa nollapäästöjä.
Haitat:
- Asennus on kallista.
- Se aiheuttaa melua, joten sitä on hallittava oikein.
Täytyy lukea: Mitä ovat muuttuvanopeuksiset tuuliturbiinit?
