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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Tipos de hidroturbinas de microcentrales hidroeléctricas. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía Turbinas de hélice (turbina Kaplan) La turbina de hélice tiene la velocidad más alta entre todos los tipos de turbinas. Esto hace posible obtener una mayor velocidad de rotación a caudales bajos. Las altas velocidades de las turbinas, a su vez, permiten el uso de generadores eléctricos más rápidos y, por lo tanto, más livianos y económicos, o reducen el costo de los dispositivos de transmisión (cajas de cambios o sistemas de transmisión por correa). Por lo tanto, las turbinas de hélice se utilizan a las presiones más bajas, cuando los caudales son bajos. En apariencia, el impulsor de la turbina de hélice parece un ventilador (Fig. 20).
Las palas de la turbina se pueden hacer tanto fijas como rotativas (Fig. 21). En el primer caso, las palas se fijan en un ángulo seleccionado correspondiente a la presión de funcionamiento y la carga óptima del generador. Los álabes rotativos están justificados para su uso en turbinas grandes con fluctuaciones de presión significativas y el funcionamiento del generador en condiciones de carga variable. Con la ayuda de paletas rotativas, es posible mantener constante la velocidad de rotación del impulsor y la frecuencia del voltaje generado en los generadores.
La turbina de hélice tiene una paleta guía (Fig. 22), que sirve para alimentar el flujo de agua en ángulo recto a las palas de la turbina para lograr la máxima eficiencia. La paleta guía le permite ajustar la potencia de la turbina y, en algunos casos, detener completamente el acceso de agua a la rueda de la turbina.
Las turbinas de hélice están equipadas con tubos de succión. La tubería de succión es un canal que se expande en sección transversal para drenar el agua de la turbina. Con un aumento en la sección transversal de la tubería, la velocidad del agua y su energía cinética disminuyen, lo que permite reducir las pérdidas de energía en la corriente de salida. Además, la tubería de aspiración permite ubicar la turbina por encima del nivel del agua aguas abajo. La carne de res (fr. bief) es una parte del cuerpo de agua adyacente a una estructura hidráulica. Se hace una distinción entre aguas arriba (adyacente a la cámara de carga) y aguas abajo (adyacente al canal de descarga). Las tuberías de succión son rectas o curvas, como se muestra en la Fig. 23 y 24:
Turbinas radiales-axiales (turbina Francis) El agua ingresa al impulsor de una turbina radial-axial desde el exterior de la rueda y se mueve a lo largo del radio hacia el centro de la turbina (Fig. 25). Habiendo pasado entre las palas de una forma curva espacial compleja, el agua da energía al rotor, haciendo que gire.
Para un suministro de agua correcto y uniforme en toda la circunferencia del impulsor, éste está rodeado por una cámara en espiral (Fig. 26). Se coloca un aparato de guía entre la cámara en espiral y la rueda, que consiste en palas que dirigen el agua a la rueda de la turbina en el ángulo deseado. Las paletas guía se pueden hacer giratorias para cambiar el flujo de agua y la mejor dirección del flujo hacia las paletas del impulsor (Fig. 27). Esto aumenta la eficiencia de la turbina en modos fuera de diseño. El aparato de guía puede estar equipado con un sistema de ajuste manual o automático.
En las turbinas radiales-axiales existe riesgo de golpe de ariete en la tubería de presión. En caso de falla del generador o una caída brusca de la carga, las paletas guía reducen el flujo de agua y se produce un golpe de ariete en la tubería de presión, lo que puede provocar la ruptura de la tubería. Para evitar accidentes, las turbinas radiales-axiales están equipadas con una salida inactiva de seguridad que descarga agua desde la cámara espiral aguas abajo durante los picos de presión. Para turbinas radiales-axiales de alta presión, es importante reducir la posible fuga de agua a través de las palas del impulsor. Esto se logra mediante la fabricación de alta precisión de piezas acopladas y sellos especiales que reducen las pérdidas de presión. Después de pasar por el impulsor, el agua ingresa a la tubería de succión, que tiene una forma cónica. Al pasar a través de la tubería de succión, el agua aumenta su sección transversal y se ralentiza, lo que conduce a una disminución de la energía cinética de las aguas residuales que salen inútilmente. Además, la tubería de succión permite ubicar las unidades hidroeléctricas mucho más arriba que aguas abajo del agua, lo cual es conveniente para la construcción de un edificio de central hidroeléctrica. Para la producción de turbinas, se utilizan calidades de acero especiales altamente resistentes al desgaste para garantizar un funcionamiento confiable y a largo plazo de las turbinas. Turbinas Pelton (turbinas Pelton) Este tipo de turbina se utiliza para altas presiones. La tubería de presión ingresa al edificio de la central hidroeléctrica y termina con una boquilla que dirige el chorro al impulsor de la turbina. Un chorro de agua que sale de la boquilla rueda sobre la superficie cóncava del balde y cambia la dirección de su movimiento al contrario (Fig. 28).
La máxima eficacia se dará en el caso de que el chorro reflejado por la cubeta tenga velocidad cero con respecto al cuerpo. Esto se logra, como muestra el análisis, a una velocidad circunferencial de la cuchara igual a la mitad de la velocidad del chorro. Los cangilones de la turbina se emparejan y el chorro se alimenta a la unión de los cangilones para compensar las fuerzas axiales en los cojinetes del rotor. La boquilla de la turbina sirve para regular la cantidad de agua entrante. La aguja que se mueve dentro de la boquilla cambia la sección transversal del canal y el caudal de agua que ingresa a la rueda de la turbina (Fig. 29).
Además de la tobera, se utiliza un deflector para ajustar los parámetros de la turbina, que es un obstáculo ubicado entre la tobera y el balde, que desvía el chorro y reduce la fuerza del chorro sobre el rotor de la unidad hidráulica. El deflector le permite evitar golpes hidráulicos al ajustar la turbina. Al regular el chorro solo con una aguja, en caso de una caída brusca de la carga eléctrica en la red, la aguja bloquea la salida de agua, lo que provoca un golpe de ariete en la tubería y la posibilidad de dañarla. Las aguas residuales fluyen aguas abajo. Por lo tanto, para reducir las pérdidas de presión, la boquilla y la turbina deben ubicarse lo más bajo posible al nivel del flujo. La carcasa de la turbina se utiliza para proteger contra las salpicaduras de la sala de la central hidroeléctrica y se hace grande para que el agua reflejada desde la carcasa no vuelva a caer sobre el rotor y no reduzca la eficiencia de la instalación. En las turbinas de cubo, a menudo se instalan varias boquillas espaciadas alrededor de la circunferencia del impulsor, lo que reduce la carga sobre los cojinetes de rotación (Fig. 30). La construcción moderna de turbinas hidráulicas se está desarrollando teniendo en cuenta las siguientes tendencias principales:
Transferir dispositivos Se necesitan dispositivos de transmisión para transferir la energía de rotación de la turbina al generador. Algunos diseños de micro centrales hidroeléctricas prevén la transmisión directa de energía a través de un eje (el impulsor y el rotor del generador están en el mismo eje). Otros sistemas de transmisión (correa o engranaje) pueden cambiar la relación de transmisión de rotación del impulsor al rotor del generador y transmitirla sin cambios. Autores: Kartanbaev B.A., Zhumadilov K.A., Zazulsky A.A.
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