Wat is een hydraulische turbine?

Een hydraulische turbine is een machine die de energie van bewegend water omzet in de rotatiekracht van een as. De roterende as kan worden aangesloten op een generator om elektriciteit te creëren. Het belangrijkste onderscheid tussen de ene hydraulische turbine en de andere is of het een reactie- of impulstype is. Deze categorieën zijn verder onderverdeeld in specifieke ontwerpen, waaronder Francis, Kaplan, Pelton, Turgo en cross-flow turbines.

Een reactieturbine zorgt voor rotatie door de as met zijn bevestigde wiel in een behuizing op te sluiten om de waterdruk te bevatten en door ondergedompeld in de waterstroom te werken. De schuine bladen rond de as op een hydraulische reactieturbine zorgen ervoor dat lift druk en kracht uit het water opneemt en omzet in rotatie. Reactieturbines werken over het algemeen met lage tot matige opvoerhoogte of waterdruk.

Een type reactieturbine is het Francis-ontwerp. Een spiraalvormige inlaat leidt water in het wiel of loper. Verstelbare schoepen geleiden het water onder de gewenste hoek tegen de loper. De druk en stroming van het water worden veranderd door de reactie met de runner, waardoor koppel wordt gecreëerd.

De Kaplan, of propeller, turbine is een andere variatie op het reactietype. Het ontwerp bevat schoepen om de waterstroom en bladen op de rotoras te geleiden, vergelijkbaar met de scheepsschroef. De bladen zijn instelbaar om de efficiëntie te maximaliseren door een reeks drukniveaus als er voldoende waterstroom is, waardoor dit ontwerp zeer flexibel is.

Een impulsturbine zorgt voor rotatie door de kracht van een stroom water gericht naar een reeks emmers of bekers die de as omringen. De emmers worden niet ondergedompeld in water, maar worden verplaatst door de waterstroom. De snelheid van het water wordt verhoogd door het door een mondstuk te persen voordat het de emmers raakt. Impulsturbines kunnen op hoge opvoerhoogte werken en vereisen niet dat het wiel wordt ingekapseld.

De Pelton-versie van de impuls-hydraulische turbine, dat wil zeggen het Pelton-wiel, heeft een reeks emmers in een ring rond de as. De emmers zijn in het midden verdeeld, zodat de kracht van water uit het mondstuk niet wordt geblokkeerd door de ene emmer om de volgende te bereiken. Het water buigt rond de vorm van elke afgeronde emmer over bijna 180 ° en de snelheid neemt aanzienlijk af. Het vertraagde water valt in een afvoerkanaal onder de turbine.

Een andere impulsturbine is het Turgo-ontwerp. Deze eenheid is vergelijkbaar met het Pelton-wiel, maar de emmers zijn plat aan één rand, omringd door een omringende band. Het mondstuk richt het water tegen de emmers zodat het aan de ene kant binnenkomt en aan de andere kant wordt afgevoerd. De Turgo verwerkt een hogere snelheid dan de Pelton-configuratie met een kleiner wiel omdat het inlaatwater niet vermengt met de afvoer.

Dwarsstroomturbines werken met een trommelvormige rotor die aan beide uiteinden is afgedekt en is verbonden met afgeronde lamellen die soms een helix- of dubbele helixontwerp hebben. Het mondstuk van deze hydraulische turbine leidt het water over de rotor zodat het water twee keer in contact komt met de bladen voordat het zijn energie verbruikt en in de afvoer valt. Cross-flow turbines kunnen met zeer weinig opvoer werken, zelfs met een grote stroom.