Reactieturbines in Waterkracht: Hoe Ze Elektriciteit Genereren

Als een speciaal type turbine dat in waterkrachtcentrales wordt gebruikt, wordt de reactieturbine wereldwijd gebruikt voor elektriciteitsopwekking. Geschat wordt dat ongeveer 60% van de turbines in waterkrachtcentrales reactieturbines zijn, hoewel ze nog steeds in concurrentie zijn met impulsturbines. Een reactieturbine is opgebouwd uit rijen vaste schaufels en rijen bewegende schaufels. Deze vaste schaufels fungeren als zuigers en de bewegende schaufels bewegen als gevolg van de impuls van stoom die ontvangen wordt (oorzaak is een verandering in impuls). Ook als gevolg van uitrekking en versnelling van de stoom ten opzichte van hen, nog steeds functionerend als zuigers. Dit wordt verder uitgelegd, blijf met me!

Vandaag leer je de definitie, toepassingen, functie, componenten, diagram, typen en werkprincipes van een reactieturbine kennen. Je leert ook de voor- en nadelen van deze reactieturbine.

Wat is een reactieturbine?

Een reactieturbine werkt met Newtons derde wet van de beweging (actie en reactie zijn gelijk en tegenovergesteld). Het systeem genereert koppel als reactie op de vloeistofdruk en -gewicht. In de werking slaat water eerst de vaste schaufels en vervolgens de zuiger.

In een reactieturbine veroorzaakt de som van potentiële energie en kinetische energie van water door de druk en snelheid, respectievelijk, dat de turbineschaufels draaien. Het gehele lichaam van deze turbine is in water gedoopt en veranderingen in waterdruk samen met de kinetische energie van het water veroorzaken energie-uitwisseling. Toepassingen van een reactieturbine zijn meestal bij lagere valhoogten en hogere doorstromingen dan bij impulstype.

De turbineschaufels of looperbladen zijn ontworpen om een kracht aan één kant te genereren wanneer water erdoor stroomt, net als een vleugelprofiel. In een vliegtuig is de kracht die door een vleugelprofiel wordt geproduceer verantwoordelijk voor de lift. Hier veroorzaakt de kracht dat de schaufels draaien.

Verschillende typen reactieturbines hebben hun eigen ideale werkomstandigheden. Bijvoorbeeld:

• Pelton-turbines worden bevorzugd waar een lage afvoersnelheid verkregen kan worden & een hoge valhoogte (80-1600m) beschikbaar is.
• Kaplan-turbines vereisen een hoge afvoersnelheid samen met een lage of middelhoogte (2-70m).
• Francis-turbines werken op middeldoorstroming & middelhoogte. Francis-turbine is een combinatie van impuls- & reactieturbines.

Francis-turbines zijn de meest gebruikte turbines omdat ze de hoogste efficiëntie bieden & ook in een breed bereik van werkomstandigheden kunnen werken.

Toepassingen van reactieturbine

De diverse toepassingen van een reactieturbine omvatten het volgende:

• Windmolens voor elektriciteitsopwekking.
• Ook voor elektriciteitsopwekking in waterkrachtcentrales.
• Reactieturbines worden gebruikt om maximaal vermogensuitgang te verkrijgen uit een lage beschikbare watervalhoogte en hoge snelheid.

Let op: de primaire functie van een reactieturbine is vermogensopwekking.

Componenten van reactieturbine

Hieronder de belangrijkste componenten van de reactieturbine en hun functie.

Spiraalbehuizing (Spiral casing):

Deze componenten van de reactieturbine hebben een uniform afnemend dwarsdoorsnedeoppervlak, langs de omtrek. Dit afnemende dwarsdoorsnedeoppervlak zorgt voor een uniforme snelheid van water dat de looperbladen treft. Er is een opening voor waterstroom naar de looperbladen vanaf het begin van de behuizing, waardoor de druk daalt naarmate het langs de behuizing reist. De reductie van het dwarsdoorsnedeoppervlak langs de omtrek maakt de druk uniform, daardoor uniforme impuls of snelheid die de looperbladen treft.

Leidingschaufels (Guide vanes):

Leidingschaufels zijn gemonteerd in de spiraalbehuizing om ervoor te zorgen dat het water dat de looperbladen treft, richting heeft langs de lengte van de as van de turbine. Anders zou de stroom zeer zwierig zijn naarmate het door de spiraalbehuizing beweegt, wat het niet efficiënt genoeg maakt om de looperbladen te laten draaien. In moderne turbines zijn de hoeken van deze leidingschaufels instelbaar, waardoor de waterdoorsnelheid instelbaar is.

Looperbladen (Runner blades):

Looperbladen zijn belangrijke componenten van een reactieturbine. Feitelijk wordt het beschouwd als het hart van de reactieturbine. De vorm van de looperbladen gebruikt de drukenergie van water om de turbine te laten draaien. Hun ontwerp is essentieel en speelt een grote rol bij het bepalen van de efficiëntie van een turbine. In de moderne versie kunnen deze bladen rond hun as kantelen, waardoor de drukkracht die op hen werkt kan variëren volgens de belasting en beschikbare druk.

Aftrekkbuis (Draft tube):

Een aftrekkbuis verbindt de loopraduitlaat met de aftrekking, met een toegenomen dwarsdoorsnedeoppervlak langs de lengte. Water dat uit de looperbladen komt, is bij aanzienlijk lage druk, het uitdijende dwarsdoorsnedeoppervlak herstelt de druk naarmate het naar de aftrekking stroomt.

Diagram van een reactieturbine:

Typen reactieturbines

Hieronder de verschillende typen reactieturbines

Schroefturbines (Propeller turbines):

Schroeftypen van reactieturbines hebben meestal een 3 tot 6 bladen stroompad, waarbij het water in constant contact is met alle bladen. Schroefturbines kunnen alleen geïnstalleerd worden op plaatsen waar belasting en hoogte constant zijn. De energie-efficiëntiecurve is erg gepiekteerd onder deellast. Wat betekent: slechte prestaties in het systeem.

Kaplan-turbines kunnen hoge efficiëntieniveaus bereiken onder diverse belastingcondities door de bladen tijdens hun werking correct aan te passen. Dit komt doordat de bladhoek aangepast kan worden aan het benodigde vermogen.

Francis-turbines (Francis turbines):

Deze typen reactieturbines zijn een gewijzigde versie van de schroefturbine, aangezien het water radiaal en axiaal in de loper stroomt. In de werking zijn de stroomkanalen over het algemeen ingesteld in spiraalbehuizing met intern instelbare beïnvloedingsbladen.

Deze typen reactieturbines hebben een loper met negen of meer vaste bladen. Water treedt direct boven en rond de loper in, waarna het valt en draait.

Zwaartekracht turbines (Gravity turbines):

Deze reactieturbinetypes converteren zwaartekracht in rotatiekracht. In de werking wordt de kinetische energie van de zwaartekracht omgezet in elektriciteit.

Bolvormige turbines (Bulb turbines):

Bolturbinetypes zijn varianten van schroefturbines. De bolturbinegenerator is ingehaust en afgedicht in een stroomlijvormige waterdichte staalbehuizing gelegen in het ductcentrum. Deze generator wordt aangedreven door een variabele-pitch schroef aan de stroomafwaartse kant van de klep. De richting van water dat het systeem binnenkomt en verlaat, is praktisch ongewijzigd of heel min. De compactheid biedt meer flexibiliteit in machinistontwerp.

Straflo turbines (Straflo turbines):

Deze reactieturbinetypes zijn axiale turbines met vaste bladen. De generator bevindt zich buiten het waterkanaal en is direct verbonden met de turbineloper.

Buizenturbines (Tube turbines):

In deze reactieturbine is de druklijn kort na en voor het stroompad gebogen, wat een rechte verbinding met de generator mogelijk maakt.

Werkprincipe van reactieturbine

De werking van een reactieturbine is minder complex en gemakkelijk te begrijpen. In de werking bevat een loper bewegende zuigers die water van hoge druk afgeven. Als het water de zuigers verlaat, ervaren ze een reactiekracht die de loper met een zeer hoge snelheid doet draaien. Ook wordt een reactiekracht gegenereerd door de vloeistof die over de looperbladen beweegt. De reactiekracht die op de looperbladen wordt geproduceerd, zorgt ervoor dat de loper draait. De vloeistof treedt in de aftrekkbuis na beweging over de looperbladen en vervolgens uiteindelijk naar de aftrekking.

Bekijk de onderstaande video voor meer over de werking van reactieturbine:

Voordelen en nadelen van reactieturbine

Voordelen:

Hieronder de voordelen van de reactieturbine in haar diverse toepassingen:

• Hoge hydraulische efficiëntie.
• Hoge werksnelheid.
• Ontwerp is minder complex.
• Bladen hebben hoge efficiëntie.
• Minder ruimte vereist.
• Gebruikt een olievrije uitlaatsysteem.
• Draagbaar in formaat.
• In staat om hoge temperatuur en druk te gebruiken.

Nadelen:

Ondanks de goede voordelen van een reactieturbine, blijven enkele beperkingen bestaan. Hieronder de nadelen van een reactieturbine in haar diverse toepassingen.

• Vereist hoog onderhoud
• Cavitatieproblemen treden op.
• De onderhoudskosten zijn hoog.
• Duwkracht wordt gegenereerd.
• Geen symmetrische bladen.

Conclusie

Een reactieturbine werkt met Newtons derde wet van de beweging (actie en reactie zijn gelijk en tegenovergesteld). Het systeem genereert koppel als reactie op de vloeistofdruk en -gewicht. In de werking slaat water eerst de vaste schaufels en vervolgens de zuiger. Dit was het artikel waarin ik de definitie, functie, toepassingen, componenten, diagram, typen en werking van een reactieturbine besprak. Voordelen en nadelen van deze reactieturbine.

Ik hoop dat je er veel aan hebt gehad. Deel dit graag met anderen. Dank voor het lezen, tot de volgende keer!