Top 5 loại tua bin thuỷ điện phổ biến và cách chọn

Các loại tua bin thủy điện được thiết kế để khai thác hiệu quả những điều kiện cột nước và lưu lượng khác nhau. 5 loại tua bin thuỷ điện phổ biến gồm Pelton, Francis, Kaplan, Turgo và tua bin dòng chảy ngang. Bài viết giới thiệu từng loại, so sánh đặc điểm và hướng dẫn cách chọn tua bin, làm tài liệu tham khảo cho chủ đầu tư và đơn vị thiết kế.

I. Tua bin thủy điện được phân loại như thế nào?

Trong thuỷ điện tua bin được phân loại theo 2 dạng, đó là theo nguyên lý làm việc và theo cột nước và lưu lượng nước, dưới đây là chi tiết về 2 dạng phân loại:

1. Theo nguyên lý làm việc

Tua bin xung kích biến động năng của tia nước phun ra từ vòi thành cơ năng, và áp suất nước khi tác động lên bánh xe công tác bằng áp suất khí quyển. Tua bin phản kích làm việc khi toàn bộ bánh xe công tác ngập trong dòng nước có áp suất, và nước vừa mang động năng vừa mang áp năng. Pelton và Turgo thuộc nhóm xung kích, Francis và Kaplan thuộc nhóm phản kích. Tua bin dòng chảy ngang thường được xếp vào nhóm xung kích.

2. Theo cột nước và lưu lượng

Cột nước cao, lưu lượng nhỏ thường dùng tua bin xung kích kiểu Pelton. Cột nước trung bình, lưu lượng vừa phù hợp tua bin Francis. Cột nước thấp, lưu lượng lớn phù hợp tua bin Kaplan. Dải làm việc cụ thể do nhà chế tạo và đơn vị thiết kế xác định cho từng dự án.

II. Top 5 loại tua bin thủy điện phổ biến

5 loại tua bin thuỷ điện phổ biến là: tua bin Pelton, tua bin Francis, tua bin Kaplan, tua bin Turgo và tua bin dòng chảy ngang. Chi tiết về 5 loại tua bin này như thế nào thì mời các bạn xem phần thông tin dưới đây:

1. Tua bin Pelton

Tua bin Pelton dùng tia nước áp lực cao phun từ vòi vào các gàu gắn quanh vành bánh xe công tác. Lưu lượng được điều chỉnh bằng kim phun, nên tua bin giữ hiệu suất tốt khi tải thay đổi. Loại này phù hợp công trình có cột nước cao và lưu lượng nhỏ. Hạn chế chính là gàu và kim phun mòn nhanh khi nước có nhiều bùn cát. Chi tiết về bộ phận quay xem tại bài bánh xe công tác tua bin thủy điện.

2. Tua bin Francis

Tua bin Francis là loại phổ biến nhất trong các nhà máy thủy điện vừa và lớn. Nước đi vào theo hướng hướng tâm và thoát ra theo hướng dọc trục, truyền năng lượng cho bánh xe công tác. Công suất được điều chỉnh bằng cánh hướng. Loại này làm việc hiệu quả ở dải cột nước trung bình. Cấu tạo và nguyên lý xem tại bài tua bin Francis là gì.

3. Tua bin Kaplan

Tua bin Kaplan có bánh xe công tác dạng cánh quạt, dòng nước đi theo hướng dọc trục. Đặc điểm nổi bật là cánh có thể điều chỉnh góc nghiêng, kết hợp với cánh hướng, nhờ đó giữ hiệu suất tốt khi lưu lượng thay đổi nhiều. Tua bin Kaplan phù hợp cột nước thấp và lưu lượng lớn, như các công trình trên sông có đập thấp.

4. Tua bin Turgo

Tua bin Turgo là loại xung kích, tia nước chạm vào bánh xe công tác nghiêng một góc và đi qua bên kia của bánh xe. Nhờ cấu tạo này, tua bin Turgo xử lý được lưu lượng lớn hơn tua bin Pelton cùng kích thước. Loại này phù hợp cột nước trung bình đến cao và thường gặp ở các công trình thủy điện nhỏ.

5. Tua bin dòng chảy ngang (cross-flow)

Trong tua bin dòng chảy ngang, nước đi qua các cánh của bánh xe công tác hai lần, trước khi thoát ra. Cấu tạo đơn giản, chi phí chế tạo và bảo trì thấp, và hiệu suất duy trì tốt khi lưu lượng thay đổi. Loại này thường dùng cho thủy điện nhỏ có cột nước thấp đến trung bình.

III. Cách chọn loại tua bin cho nhà máy thủy điện

Để có thể vận hành an toàn, tối ưu thì việc chọn tua bin phù hợp rất quan trọng. Như đã nêu ở trên, tua bin thuỷ điện được phân loại theo cột nước và lưu lượng, vì vậy việc chọn tua bin phù hợp cũng cần theo 2 yếu tố này.

1. Chọn theo cột nước

Cột nước là yếu tố đầu tiên quyết định loại tua bin. Mỗi loại làm việc hiệu quả nhất trong một dải cột nước nhất định.

2. Chọn theo lưu lượng và mức biến động

Công trình có lưu lượng thay đổi lớn theo mùa cần loại tua bin giữ được hiệu suất ở nhiều chế độ tải, như Kaplan có cánh điều chỉnh hoặc Pelton có kim phun. Công trình có lưu lượng ổn định có thể chọn loại có hiệu suất cao tại điểm làm việc thiết kế.

3. Các yếu tố khác cần cân nhắc

Hàm lượng bùn cát trong nước ảnh hưởng đến tốc độ mòn bánh xe công tác và gàu. Chi phí đầu tư, điều kiện lắp đặt, yêu cầu bảo trì và khả năng cung cấp phụ tùng thay thế cũng ảnh hưởng đến lựa chọn. Việc chọn loại tua bin do đơn vị thiết kế tính toán cho từng dự án.

IV. Thiết bị tua bin tại TB Hydro Việt Nam

TB Hydro Việt Nam cung cấp và thay thế bánh xe công tác Pelton và Francis bằng thép không gỉ cho các công trình thủy điện trong và ngoài nước, đồng thời chú trọng công nghệ sửa chữa bánh xe công tác. Công ty cũng cung cấp cánh hướng tua bin Francis và thiết kế, cung cấp, lắp đặt động cơ servomotor cho hệ thống điều tốc. Các nhóm thiết bị này thuộc danh mục Tua bin & Điều tốc.

Ngoài tua bin thuỷ điện, TB Hydro Việt Nam còn là đơn vị chuyên nghiệp hàng đầu trong lĩnh vực thiết kế, chế tạo, lắp đặt và bảo dưỡng thiết bị công nghiệp. Quý khách hàng cần tư vấn về giải pháp, sản phẩm, vận hành lĩnh vực thuỷ điện có thể liên hệ với TB Hydro Việt Nam để được hỗ trợ.