冲击式水轮机(Pelton)
高速射流冲击转轮上双勺形水斗的冲击式水轮机;水头约 250 m 以上时的标准选择。
Pelton 水轮机由 Lester Pelton 于 1880 年取得专利。它通过喷嘴,把高水头水柱的压力转换成一股或几股自由射流的动能。射流冲击对开的水斗,每个水斗中间有一道分水刃,把水流一分为二并折回约 165–170°,几乎把全部动量都传给转轮。和反击式水轮机不同,它的转轮在大气压下的空气中运转。
射流速度由水头决定;水斗速度约为射流速度的一半时,效率最高:
水头 1,000 m 时,射流速度约 135–140 m/s。
- 水头范围:从微型水电的约 50 m,到约 1,900 m(瑞士 Bieudron 电站,3 × 423 MW,水头约 1,880 m)
- 最高效率:大型机组 90–93%
- 部分负荷特性:效率曲线非常平坦,因为喷嘴可以逐个关闭,针阀可以单独调节每股射流;六喷嘴立式机组在额定流量的 10–20% 左右仍能保持高效
折向器能在不到一秒内把射流偏开,而针阀缓慢关闭,这样可以避免长压力管道里出现水锤。Pelton 水轮机在阿尔卑斯、挪威、安第斯和喜马拉雅的水电项目中很常见,也用于离网微型水电:陡峭溪流上一台小转轮就能给一个村子供电。在冰川河流中,泥沙磨蚀水斗和喷针是主要的磨损问题。
相关术语
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水电站进水口水面与水轮机出口或尾水之间的垂直高差,与流量一起决定可用功率。
- 混流式水轮机(Francis)
一种固定叶片的反击式水轮机,水流径向进入、轴向流出;安装量最大的设计,适用于约 30–700 m 的中水头。
- 轴流转桨式水轮机(Kaplan)
转轮叶片和导叶均可调节的螺旋桨式反击水轮机,适用于约 2–40 m 的低水头和大流量。
- 径流式水电
利用河流天然来水、几乎没有水库调节的水电,出力随来水而不是随需求变化。
- 抽水蓄能
电价便宜或电力富余时把水抽到上水库,需要用电时放水经水轮机发电的储能方式;全球规模最大的电网储能形式。