гідравлічна турбіна

Читайте також З ДРУЗЯМИ!

Гідравлічна турбіна - водяна турбіна, ротаційний двигун, що перетворює механічну енергію потоку води (її енергію положення, тиску і швидкісну) в енергію обертового вала. Головним чином застосовується на гідроелектростанціях для приводу електричних генераторів. Діаметр робочого колеса може досягати 10 м, потужність - 600 МВт і більше, розрахунковий напір до 1700 м.

За принципом дії гідравлічні турбіни діляться на активні і реактивні. Робоче колесо є основним робочим органом гідравлічної турбіни, в якому відбувається перетворення енергії. В активних гідравлічних турбінах вода підводиться до робочого колеса через сопла, а в реактивних - через направляючий апарат. В активних гідравлічних турбінах вода перед робочим колесом і за ним має тиск, рівний атмосферному. У реактивної гідравлічної турбіни тиск води перед робочим колесом більше атмосферного, а за ним може бути як більше, так і менше атмосферного тиску.

Винахід першої реактивної гідравлічної турбіни належить французькому інженеру Б. Фурнерону, який сконструював її в 1827 р Гідравлічна турбіна мала на робочому колесі потужність 6 л. с. У 1855 році американський інженер Дж. Френсис винайшов радіально-осьовий робоче колесо гідравлічної турбіни з неповоротними лопатями. У 1887 р німецький інженер Фінк запропонував направляючий апарат з поворотними лопатками (див. «Радіально-осьова гідротурбіна»).

У 1889 році американський інженер А. Пелтон запатентував активну ковшову гідротурбіну. Пізніше, в 1920 р австрійський інженер В. Каштан отримує патент на поворотно-лопатеву гідротурбіну. Поворотно-лопатеві, радіально-осьові та ковшові гідравлічні турбіни широко застосовуються для вироблення електричної енергії.

Для розрахунку профілю лопаті робочого колеса гідравлічної турбіни, що обертається з постійною кутовою швидкістю, використовуються складні рівняння. В сучасних гідравлічних турбінах повний ККД (відношення корисної потужності, що віддається турбінним валом, до потужності пропускається через гідравлічну турбіну води) дорівнює 0,85-0,92; при сприятливих умовах роботи кращих зразків він досягає 0,94-0,95. Геометричні розміри гідравлічної турбіни характеризуються номінальним діаметром Д робочого колеса.

Гідравлічні турбіни різних розмірів утворюють турбінну серію, якщо володіють однотипними робочими колесами і геометрично подібними елементами проточної частини. Кожну турбінну серію характеризує коефіцієнт швидкохідності, який чисельно дорівнює частоті обертання валу гідравлічної турбіни, що розвиває при натиску 1 м потужність 0,7355 кВт (1 л. С.). Чим більше цей коефіцієнт, тим більше частота обертання валу при певному, заданому напорі і потужності.

Гідравлічна турбіна і електричний генератор обходяться дешевше при збільшенні частоти їх обертання. У зв'язку з цим прагнуть будувати гідравлічні турбіни з можливо великим коефіцієнтом швидкохідності. Однак в реактивних гідравлічних турбінах цього сильно перешкоджає явище кавітації, яке викликає спочатку вібрацію агрегату, як наслідок - зниження ККД і подальше руйнування матеріалу гідравлічної турбіни.

Існують графіки, які виражають залежності величин, які характеризують гідравлічні турбіни, звані турбінними характеристиками. Універсальні характеристики будуються на підставі лабораторних досліджень моделі, проточна частина якої геометрично ідентична натурної.

За способом регулювання потужності реактивні гідравлічні турбіни бувають одинарного і подвійного регулювання. Гідравлічні турбіни одинарного регулювання містять направляючий апарат з поворотними лопатками. Через цей направляючий апарат вода підводиться до робочого колеса (регулювання виробляється зміною кута повороту лопаток направляючого апарату). У лопатевих-регульованих турбін лопаті робочого колеса можуть повертатися навколо своїх осей (регулювання в таких гідравлічних турбінах виробляється зміною кута повороту лопатей робочого колеса).

Гідравлічні турбіни подвійного регулювання мають направляючий апарат з поворотними лопатками і робоче колесо з поворотними лопатями. Поворотно-лопатеві гідравлічні турбіни можуть бути в різному виконанні: осьовими і діагональними. Різновидом осьових є двухперовие, в них на кожному фланці розміщуються по дві лопаті замість однієї. Радіально-осьові гідравлічні турбіни одиночного регулювання застосовують на великі напори (до 500-600 м).

Як правило, їх ділять на парціальні і непарціальние. У непарціальних турбінах вода підводиться однієї кільцевої струменем, тому одночасно працюють всі лопаті робочого колеса. У парціальних вода до робочого колеса підводиться у вигляді струменів через одне або декілька сопел, тому одночасно працюють одна або кілька лопатей робочого колеса. В активних гідравлічних турбінах відсмоктують труби і спіральні камери відсутні. Як регулятор витрати виступають соплові пристрої з голками, що переміщаються усередині сопів і що змінюють площу вихідного перетину. Великі гідравлічні турбіни обладнані автоматичними регуляторами швидкості.

Гідравлічні турбіни діляться по розташуванню вала робочого колеса на вертикальні, горизонтальні та похилі. Конструкційне поєднання гідравлічної турбіни з гідрогенератором називається гідроагрегатом. Горизонтальні гідроагрегати з поворотно-лопатевими або пропелерними гідравлічними турбінами часто виконуються у вигляді капсульного гідроагрегату. Широке поширення отримали оборотні гідроагрегати для гідроакумулюючих та приливних електростанцій.

Вони складаються з насоса -турбіни (гідромашини, здатної працювати як в насосному, так і в турбінному режимах) і двигуна-генератора (електромашини, що працює як в руховому, так і в генераторному режимах). В оборотних гідроагрегатах використовуються тільки реактивні гідравлічні турбіни. Для приливних електростанцій використовуються гідроагрегати капсульного типу.

Основними тенденціями в розвитку гідравлічних турбін є: збільшення одиничної потужності, поліпшення якості, просування кожного типу в область підвищених натисків, вдосконалення створених і розробка і створення нових типів, підвищення надійності і довговічності устаткування.