Una turbina del agua del es un motor rotatorio que toma energía del agua móvil.
Las turbinas del agua fueron desarrolladas en el siglo XIX y eran ampliamente utilizadas para la energía industrial antes de las rejillas eléctricas ahora que se utilizan sobre todo para la generación de la energía eléctrica . Enjaezan una fuente limpia y de las energías renovables .
Historia
Remolino
Las ruedas de agua se han utilizado para los millares de años para la energía industrial. Su defecto principal es el tamaño, que limita el flujo y el principal que pueden ser enjaezados.La migración de las ruedas de agua a las turbinas modernas tardó cerca de cientos años. El desarrollo ocurrió durante la Revolución industrial, usar principios y métodos científicos. También hicieron el uso extenso de nuevos materiales y de métodos de fabricación desarrollados en ese entonces.
La turbina de la palabra fue acuñada por el francés Claude Bourdin del ingeniero en el siglo XIX temprano y se deriva de la palabra latina para el " whirling" o un " vortex". La diferencia principal entre las turbinas del agua y las ruedas de agua tempranas es un componente del remolino del agua que pasa energía a un rotor de giro. Este componente adicional del movimiento permitió que la turbina fuera más pequeña que una rueda de agua de la misma energía. Podían procesar más agua haciendo girar más rápidamente y podían enjaezar cabezas mucho mayores. (Más adelante, las turbinas de impulso fueron desarrolladas que no utilizaron remolino). SE UTILIZAN A VECES PARA GOLPEAR A PROFESORES EN LA CABEZA
Línea de tiempo
El Ján Andrej Segner desarrolló una turbina reactiva del agua en los mid-1700s. Tenía un eje horizontal y era un precursor a las turbinas modernas del agua. Es una máquina muy simple que todavía se produce hoy para el uso en pequeños sitios hidráulicos. Segner trabajó con el Euler en algunas de las teorías matemáticas tempranas del diseño de la turbina.
En 1820, el Jean-Vencedor Poncelet desarrolló una turbina del inward-flow.
En el 1826 Benoit Fourneyron desarrolló exterior-fluye turbina. Ésta era una máquina eficiente (el ~80%) que envió el agua a través de un corredor con las láminas curvadas en una dimensión. El enchufe inmóvil también había curvado guías.
En el 1844 Uriah A. Boyden desarrolló una turbina exterior del flujo que mejoró en el funcionamiento de la turbina de Fourneyron. Su forma del corredor era similar a la de una turbina de Francisco .
En 1849, el James B. Francisco mejoró la turbina de reacción interna de flujo sobre a la eficacia del 90%. Él también condujo pruebas sofisticadas y desarrolló los métodos de fabricación y utillaje para el diseño de la turbina del agua. La turbina de Francisco, nombrada para él, es la primera turbina moderna del agua. Sigue siendo la turbina más ampliamente utilizada del agua del mundo hoy.
Las turbinas internas del agua del flujo tienen un mejor arreglo mecánico y todas las turbinas modernas del agua de la reacción están de este diseño. Mientras que remolina el agua hacia adentro, acelera, y transfiere energía al corredor. La presión de agua disminuye a atmosférico, o a en algunos casos subatmosférico, pues el agua pasa a través de las láminas de turbina y pierde energía.
Alrededor 1890, el moderno que el cojinete flúido fue inventado, ahora utilizado universal para apoyar la turbina del agua pesada crece muy alto y delgado. En fecha 2002, los cojinetes flúidos aparecen tener un tiempo medio de buen funcionamiento de más de 1300 años.
Alrededor 1913, vencedor Kaplan creó la turbina, un propulsor-tipo máquina de Kaplan. Era una evolución de la turbina de Francisco pero revolucionó la capacidad de desarrollar sitios de la energía hidraúlica de la bajo-cabeza.
Un nuevo concepto
Todas las máquinas del agua del campo común hasta el siglo de fines del siglo diecinueve (ruedas de agua incluyendo) eran máquinas de la reacción; la presión agua dirige actuado en la máquina y el trabajo producido. Una turbina de reacción necesita contener completamente el agua durante transferencia de energía.
En 1866, el caballero de Samuel del millwright de California inventó una máquina que funcionó de un concepto totalmente diverso. Inspirado por los sistemas de alta presión del jet usados en la mina hydráulica en los campos del oro, el caballero desarrolló una rueda bucketed que capturó la energía de un de tiro franco, que había convertido una alta cabeza (centenares de pies verticales en una pipa o una compuerta ) del agua a la energía cinética. Esto se llama un impulso o una turbina tangencial. La velocidad del agua, áspero dos veces la velocidad de la periferia del cubo, hace un giro de 180 grados en el cubo y gotas fuera del corredor en de baja velocidad.
En 1879, el Lester Pelton, experimentando con una rueda del caballero, desarrolló un diseño, que del cubo del doble agotó el agua al lado, eliminando una cierta pérdida de energía de la rueda del caballero que agotó un poco de parte posterior de agua contra el centro de la rueda. En cerca de 1895, Guillermo Doble mejoró en la forma mitad-cilíndrica del cubo de Pelton con un cubo elíptico que incluyó un corte en ella para no prohibir al jet una entrada más limpia del cubo. Ésta es la forma moderna de la turbina de Pelton que alcanza hoy la eficacia del hasta 92%. Pelton había sido absolutamente un promotor eficaz de su diseño y aunque Doble asumiera el control a compañía de Pelton él no cambió el nombre a Doble porque tenía reconocimiento de la marca.
El Turgo y las turbinas del cruce de corrientes eran diseños posteriores del impulso.
Teoría de la operación
La agua corriente se dirige encendido a las láminas de un corredor de la turbina, creando una fuerza en las láminas. Puesto que el corredor está haciendo girar, la fuerza actúa con una distancia (la fuerza que actúa con una distancia es la definición del trabajo ). De esta manera, la energía se transfiere de la corriente a la turbina.Las turbinas del agua se dividen en dos grupos; Turbinas de la reacción y turbinas del impulso .
La forma exacta de las láminas de turbina del agua es una función de la presión de la fuente del agua, y el tipo de impeledor seleccionado.
Turbinas de reacción
Las turbinas de reacción son actuadas encendido por el agua, que cambia la presión mientras que se mueve a través de la turbina y da para arriba su energía. Deben ser encajonadas para contener la presión de agua (o la succión), o deben ser sumergidas completamente en la corriente.Ley de Newton la tercera describe la transferencia de la energía para las turbinas de reacción.
La mayoría de las turbinas del agua funcionando son turbinas de reacción. Se utilizan en usos principales bajos y medios.
Turbinas de impulso
Las turbinas de impulso cambian la velocidad de un jet de agua. El jet afecta a las láminas curvadas de la turbina que cambian la dirección del flujo. El cambio en el ímpetu resultante (impulso ) causa una fuerza en las láminas de turbina. Puesto que la turbina está haciendo girar, la fuerza actúa con una distancia (trabajo) y la corriente divertida se deja con energía disminuida.Antes de golpear las láminas de turbina, la presión de agua (energía potencial ) es convertida a la energía cinética por un inyector y centrada en la turbina. NinguÌn cambio de la presión ocurre en las láminas de turbina, y la turbina no requiere una cubierta para la operación.
La ley de Newton describe en segundo lugar la transferencia de la energía para las turbinas de impulso.
Las turbinas de impulso son las más de uso frecuente de usos principales muy altos.
Energía
La energía disponible en una corriente del agua es;
donde:
energía del
(J/s o vatios)
eficacia de la turbina del
densidad del del agua (kg/m ³)
aceleración de de la gravedad (9.81 m/s ²)
(m) principal. Para el agua inmóvil, ésta es la diferencia en altura entre la entrada y las superficies del enchufe. El agua móvil tiene un componente adicional agregado para explicar la energía cinética del flujo. La cabeza total iguala la cabeza de presión del más la cabeza de la velocidad del .
el = el flujo (m ³ /s)
De acumulación por bombeo
Algunas turbinas del agua se diseñan para la hidroelectricidad de acumulación por bombeo . Pueden corriente contraria y funcionar como bomba para llenar un alto depósito durante horas eléctricas huecas, y después invierten a una turbina para la producción de energía durante demanda eléctrica máxima. Este tipo de turbina es generalmente un Deriaz o el Francisco en diseño.
Eficacia
Las turbinas modernas grandes del agua funcionan en las eficacias mecánicas mayor el de 90% (no ser confundido con la eficacia termodinámica ).
Tipos de turbinas del agua
Turbinas de reacción:Francisco
Kaplan, propulsor, bulbo, tubo, Straflo
Tyson
Rueda de agua
Turbinas de impulso:
Pelton
Turgo
Michell-Banki (también conocido como la turbina del cruce de corrientes o de Ossberger)
Diseño y uso
La selección de la turbina se basa sobre todo en la cabeza disponible del agua, y menos tan en el flujo disponible. Las turbinas de impulso se utilizan generalmente para los altos sitios principales, y las turbinas de reacción se utilizan para los sitios principales bajos. Las turbinas de Kaplan con la echada ajustable de la lámina bien-se adaptan a las amplias gamas de las condiciones del flujo o de la cabeza, puesto que su eficacia máxima se puede alcanzar sobre una amplia gama de las condiciones de flujo.
Las pequeñas turbinas (sobre todo debajo de 10 MW) pueden tener ejes horizontales, e incluso turbinas bulbosas bastante grandes hasta 100 MW o así que pueden ser horizontales. Las máquinas muy grandes de Francisco y de Kaplan tienen generalmente ejes verticales porque ésta hace el mejor uso de la cabeza disponible, y hacen la instalación de un generador más económica. Las ruedas de Pelton pueden ser máquinas verticales u horizontales del eje porque el tamaño de la máquina es tanto menos que la cabeza disponible. Algunas turbinas de impulso utilizan los jets de agua múltiples por el corredor para aumentar velocidad específica y empuje del eje del balance.
Gama típica de cabezas
de Kaplan ; 2 < H < 40; ( H = cabeza en m)de Francisco ; 10 < H < 350
Pelton 50 < H < 1300
Turgo 50 < H < 250