Гидротурбины

Преобразование потенциальной энергии воды гидроузла в механиче­скую энергию, передаваемую электрогенератору, происходит в гидротур­бинах.

При работе гидротурбины имеют место потери энергии. Гидрав­лические потери связаны с вязким трением и вихреобразованием при тече­нии воды через турбину. Объемные потери обусловлены перетеканием не­которого объема жидкости через зазоры между лопастями турбины и стен­ками статора агрегата. Механические потери связаны с трением в подшип­никах. Суммарные потери мощности учитываются коэффициентом полез­ного действия гидротурбины η_тв выражении (1.1). Для современных тур­бин характерны значения η_т = 0,85...0,9.

Для низконапорных, в том числе малых, ГЭС оптимальными являют­ся гидротурбины пропеллерного типа с горизонтальным валом (лопаточным механизмом). На рис. 1.3 представлен схематически гидроагрегат для микроГЭС на мощность от 7 до 50 кВт, напоры от 3 до 10 м, расходы воды от 0,3 до 0,9 м³/с.

В затратах на строительство малых и микроГЭС около 50% идет на механическое и электротехническое оборудование, около 40% на гидротех­нические работы и около 10% на технический надзор.

Для малой гидроэнергетики создана серия гидротурбин, позволяющая эффективно ис­пользовать низкие напоры (от 2 м), типичные для равнинных рек европей­ской части России. Используются серийно выпускаемые синхронные и асинхронные электрические машины. Мощность новых малых гидроуста­новок составляет от 6 кВт до 2 МВт.

С увеличением напора на плотине преимущества получают гидроаг­регаты с вертикальной осью: поворотнолопастные осевые, диагональные, радиально-осевые. При очень больших напорах (сотни метров) применяют ковшовые турбины с горизонтальной осью.

Механическая энергия гидротурбины преобразуется в электри­ческую гидрогенератором. Элек­трический КПД современных гидрогенераторов г|_эг равен 0,95...0,97. Рас­ход электроэнергии на собственные нужды составляет на ГЭС примерно 0,3% (на тепловых электростанциях в среднем 5,7%).

Новым словом в энергомашиностроении являются гидроагрегаты двустороннего действия, применяемые в приливных электростанциях. На рис. 1.4 показан гидроагрегат французской приливной электростанции «Ле Ранс».В таких машинах электроэнергия может вырабатываться при обоих направлениях вращения вала агрегата. Полный КПД обратимых машин снижается на 2...3% по сравнению с односторонними, но зато капитальные затраты на строительство и оборудование станции резко сокращаются.

Получили распространение капсульные обратимые гидроагрегаты для гидроаккумулирующих и приливных электростанций. В этих агрегатах рабочее колесо гидромашины расположено снаружи капсулы, а электрогенератор внутри нее. При обтекании капсулы водным пото­ком агрегат работает в режиме турбины, электромашина вырабатывает ток в режиме генератора. При необходимости перекачивать воду ток подается к агрегату из энергосистемы, электромашина работает в режиме электродви­гателя и вращает вал в противоположном направлении. В этом случае рабо­чее колесо выполняет функции насоса. Для турбинного режима работы та­ких агрегатов характерны значения полного КПД на уровне 85%, для на­сосного режима на уровне 75%.

Дата добавления: 2014-12-17