Essentiële Gids voor Impulsturbines: Definitie, Toepassingen en Componenten

Impulsturbine is een van de eenvoudigste turbines, geclassificeerd als hydroturbines samen met reactieturbines. Deze turbines worden gegroepeerd op basis van hoe de energie wordt uitgewisseld tussen de vloeistof en de turbine. Ze worden geïnstalleerd om de potentiële energie en kinetische energie van waterstroom om te zetten in mechanisch werk. Waterkrachtcentralen maken uitgebreid gebruik van een impulsturbine en het kan ook voor waterpompen gebruikt worden.

Vandaag leer je de definitie, toepassingen, functie, componenten, diagram, typen en werkprincipe van een impulsturbine kennen. Je leert ook de voor- en nadelen van deze impulsturbine in zijn diverse toepassingen.

Wat is een impulsturbine?

Een impulsturbine is een apparaat dat de kinetische energie van de vloeistof gebruikt om de bladen door de zuiger te raken. In deze turbines werkt een set rotatie-machines bij atmosferische druk. Ze zijn geschikt voor hoge valhoogte en lage doorstromingen. Impulsturbines werken gebaseerd op de verandering van snelheidsvectoren, dat wil zeggen, de potentiële energie van het water (of andere vloeistofbronnen, bijv. stoom) afhankelijk van de hoogte van de waterval wordt omgezet in kinetische energie door één of meer zuigers.

Wanneer het water de turbineschaufels met hoge snelheid raakt, zorgt dit ervoor dat de turbine draait en een as die verbonden is met de generator, laat de elektriciteit genereren. Dit maakt het geschikt voor het winnen van energie uit hoge valhoogte en lage doorstroom condities.

Impulsturbines zijn van drie typen: Pelton, Turgo en Cross-flow. De constructie van Pelton en Turgo turbines is veel op elkaar. Echter, een Cross-flow turbine is een gewijzigde versie van een impulsturbine, geclassificeerd als een impulsturbine. Dit is vanwege de rotatie van de loper bij atmosferische druk en niet als een gedompelde turbine.

Toepassingen van impulsturbine

De toepassingen van een impulsturbine zijn wijdverspreid voor elektriciteitsopwekking. Feitelijk wordt een groot deel van de wereldwijde elektriciteitsopwekking gedaan door turbogeneratoren.

De hoofdmotoren van de ruimteshuttle gebruikten turbopompen (een machine die bestaat uit een pomp aangedreven door een turbinemotor) om de brandstoffen (vloeibare zuurstof en vloeibare waterstof) in de verbrandingskamer van de motor te voeden.

Waterturbines worden gebruikt in hydroelektrische centrales. Ze gebruiken water als hun werkvloeistof. Ten slotte,

Stoomturbines worden gebruikt in kern- en thermische centrales. Water wordt verhit om stoom te vormen en vervolgens door turbines gestroomd om elektriciteit te produceren.

Let op: de primaire functie van een impulsturbine is vermogensopwekking en waterpompen.

Componenten van impulsturbine

Hieronder de belangrijkste componenten van een impulsturbine en hun functies:

Loper (Runner):

Dit deel in een impulsturbine is als een cirkelvormige schijf met een aantal gebogen bladen eraan bevestigd. Er is een cylinderas in het midden die van roestvrij staal is alsook de loper. Wel, de loper kan van gietijzer gemaakt worden wanneer de stroomhoogte minder is.

Emmers (Buckets):

De emmers zijn als een set lepelvormige bekers die rond de loper gemonteerd zijn om energie uit te wisselen tussen de vloeistof en de turbine. De vloeistof met hoge snelheid treft deze emmers na het verlaten van de zuiger, waardoor de turbineschaufels draaien en de buitenrand van de emmer verlaten. Het turbineontwerp zal de verandering in de richting van de vloeistof tijdens de uitlaat bepalen ten opzichte van de inslaghoek. De grootste impuls wordt verkregen bij een hoek van 180 graden.

Zuiger (Nozzle):

De functie van een zuiger in een impulsturbine is om de vloeistofstroom aan te passen, te wijzigen en te straalen om de emmers te raken. Het is een belangrijk deel van deze turbine dat drukveranderingen veroorzaakt en de stroomhoogte laat omzetten in kinetische energie. Een deel genaamd spier in dit apparaat wordt gebruikt om het volume van de waterstraal die de emmers bereikt, aan te passen. Deze zuigers zijn ontworpen van wolframcarbide, wat erg hard is en erosieve deeltjes kan weerstaan.

Behuizing (Casing):

Behuizing in een impulsturbine fungeert als een schild over de turbine om water te voorkomen dat uitspatst. Het leidt het ook naar de overloop, die bestaat voor het extra water om de structurele integriteit van de dam te beschermen. Over het algemeen wordt dit deel geproduceerd met gietijzer.

Drukbuis (Penstock):

Het deel wordt wijd gebruikt in waterkrachtcentralen als pijpen en kanalen die water van dammen en reservoirs naar turbines voeren. Water stroomt er met zeer hoge druk door. Drukbuizen zijn normaal van staal gemaakt.

Diagram van impulsturbine:

Typen impulsturbines

Hieronder de diverse typen impulsturbines gebruikt in waterkrachtcentralen alsook hun werking:

Pelton:

Een Pelton-turbine heeft als belangrijkste componenten loper, zuiger en afbuiger. Het wordt gebruikt voor grote watervalhoogtes. Een of meer zuigers (tot 6) helpen bij het omzetten van de waterhoogte in hoge-snelheidsstroom. Naarmate het water stroomt, wordt het vermogen van de turbine geregeld door de waterstroomhoeveelheid te regelen.

Het systeem heeft een reeks emmers symmetrisch rond de cilindrische loper van de turbine. Het ontwerp en de vorm van deze emmers zorgen ervoor dat de waterstraal het midden van de emmer raakt en aan weerskanten uitkomt. Deze uitlaat gebeurt op een manier dat het water dat uit de emmer komt, de volgende niet raakt, wat een remming zou veroorzaken. De as van het turbinerad kan verticaal of horizontaal gemonteerd worden. Voor hoge vermogens, efficiëntie en een hoger aantal zuigers, is het wielas altijd verticaal, en de generator wordt boven de turbine geïnstalleerd.

Een afbuiger bevindt zich tussen de loper en de zuiger. Het helpt om water te voorkomen dat uit de zuiger naar de emmers spatst wanneer de belasting plotseling van de turbine wordt verwijderd. Dit verhoogt de rotatiesnelheid. Ten slotte wordt een spier gebruikt om de waterstroom te stoppen.

Diagram van Pelton impulsturbine:

Turgo:

De Turgo typen impulsturbines werken vergelijkbaar met die van Pelton. Hun grootste verschil is dat de waterstraal de emmers schuin raakt (ongeveer 20 graden). Dit is omdat de vorm van de emmer gecompliceerder is en moeilijker te fabriceren. Turgo turbines hebben een hogere specifieke snelheid dan Pelton. Een voordeel van deze typen impulsturbines is de grotere straal en een kleinere machinegrootte vergeleken met Pelton voor gelijk vermogen. Kleine waterkrachtcentrales maken gebruik van deze turbine.

Diagram van Turgo impulsturbine:

Cross-flow:

Deze typen turbines zijn de modificatie van impulsturbines, vaak gebruikt in kleine waterkrachtcentrales. Net als impulsturbines, draait de loper in lucht en niet volledig gedompeld zoals een reactieturbine. De voordelen van deze turbine zijn werking in een breed bereik van doorstroomsnelheid, valhoogte, en consequent vermogen. Bovendien kan het goed aanpassen aan veranderingen in doorstroom behalve efficiëntie. Er is een speciaal regelsysteem dat het actieve deel van de turbine kan aanpassen volgens de hoeveelheid waterstroom.

Diagram van een cross-flow turbine:

Werkprincipe van een impulsturbine

De werking van een impulsturbine is verschillend aangezien er diverse typen zijn. Wel, tijdens het uitleggen van de diverse typen noemde ik hoe ze werken. Over het algemeen, in het vermogensopwekkingsproces in impulsturbines, moeten de volgende stappen voltooid worden.

• Het opgeslagen water stroomt van een bron stroomopwaarts door de drukbuis om aan de zuiger geleverd te worden.
• De potentiële energie van het water in de zuiger wordt omgezet in kinetische energie en in de bladen of emmers geïnjecteerd; dus de loper draait.
• Er is een mechanisme om de stroom van water geïnjecteerd in de loper te regelen. De spier speelt meestal een belangrijke rol in dit proces.
• De generator die aan de as is bevestigd, zet mechanische energie om in elektrische energie.

Bekijk de onderstaande video voor meer over de werking van een impulsturbine:

Voordelen en nadelen van een impulsturbine

Voordelen:

Hieronder de voordelen van impulsturbines in hun diverse toepassingen.

• Eenvoudig te onderhouden.
• Eenvoudige constructie.
• Hoge werkefficiëntie.
• Kan bij atmosferische druk werken.
• De rotatiesnelheid is hoog.

Nadelen:

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

• Het inneemt veel ruimte door zijn grootte.
• De installatiekosten zijn hoog.
• Werkefficiëntie neemt met de tijd af.
• Niet geschikt voor hoge doorstromingen.
• Alleen ideaal voor lage afgifte.
• Het vereist een hoge valhoogte wat moeilijk te beheren is.

Conclusie

Impulsturbines zijn speciale typen turbines voor vermogensopwekking en waterpompen. Ze zijn van drie typen inclusief Pelton, Turgo en cross-flow. Dit was het artikel waarin de definitie, toepassingen, functie, componenten, diagram en werking van een impulsturbine uitgelegd werd. De voor- en nadelen werden ook vermeld.

Ik hoop dat je de lezing genoten hebt. Deel dit graag met anderen. Dank voor het lezen, tot de volgende keer!