Активные гидротурбины

КЛАССИФИКАЦИЯ ГИДРОТУРБИН

Гидравлические турбины.

Гидравлической турби­ной называется двигатель, преобразующий энергию движущейся воды в механическую энергию враще­ния его рабочего колеса. Из основ­ного закона механики жидкости — закона Бернулли следует, что удельная энергия, т. е. энергия еди­ницы массы, Я на входе в рабочее колесо составляет

(9.1)

на выходе из рабочего колеса

(9.2)

Обозначения всех входящих в фор­мулы (91) и (9.2) величин приве­дены в § 3 2.

В зависимости от того, какие из трех членов уравнения Бернулли главным образом использованы в конструкции машины, различа­ются типы турбин.

Отданная водой рабочему колесу энергия равна разности энергий в потоке до и после рабочего ко­леса

(9.3)

Таким образом, вся энергия по­тока состоит из энергии поло­жения Z₁-Z₂ энергии давления (образующих вместе потенциальную энергию), а также кинетической энергии

Турбины, хотя бы частично использующие потенциальную энер­гию, называются реактивными. В таких турбинах

(9.4)

и, следовательно, процесс преобра­зования энергии на рабочем колесе происходит с избытком давления. Кроме того, в рабочем колесе ча­стично используется и кинетическая энергия потока.

Если в гидротурбинах использу­ется только кинетическая энергия потока, то они называются актив­ными.

В таких турбинах Z₁=Z₂, p₁=p₂ т. е. вода поступает на рабочее ко­лесо без избыточного давления. Для достижения высокого КПД в них почти весь напор преобразуется

в скорость.

Мощность турбины согласно уравнению (3.54) может быть вы­ражена

(9.5)

В практике принято гидротурби­ны подразделять на классы, систе­мы, типы и серии. Существует два класса гидротурбин: активные и реактивные

Класс реактивных турбин объединяет следующие системы: осевые – пропеллерные и поворотно - липастные, диагональные поворотно – лопастные и радиально -осевые турбины.

В класс активных турбин входят системы ковшовых, наклонно-струйных турбин и турбин, двойного действия. Последние две системы не имеют столь ши­рокого распространения, как ковшовые.

Каждая система турбин содержит несколько типов., имеющих геометрически, подобные проточные части и одинаковую быстроход­ность, но различающихся по размерам. Геометрически подобные турбины различных размеров образуют серию.

Кроме того, все турбины условно делятся на низко-, средне- и высоко-напорные. Низконапорными принято считать, турбины, работающие при Н<25 м, средненапорными при 25 ≤ Н ≤ 80 м и высоконапорными при Н > 80 м.

Турбины подразделяются на ма­лые, средние и крупные.

К малым туpбинам относятся те, у которых диаметр рабочего колеса D_i ≤ l,2 м при низких, напорах и D_i ≤ 0,5 м при высоких, а мощность составляет не более 1000 кВт.

К средним — те турбины, у которых l,2 ≤ D_i ≤ 2,5 м при низких напорах и 0,5 м ≤ Di ≤ l,6 м при высоких, а мощность 1000 кВт<N≤15000 кВт.

К крупным турбинам относятся те, которые имеют D₁ и N₁ больше, чем у средних. Подчеркнем, однако, условность и историчность такого деления гидротурбин.

Наиболее распространенными активными гидротурбина­ми являются ковшовые. Принци­пиальная схема ковшовой турбины приведена на рис. 9.1. Вода из верхнего бьефа подводится трубопроводом к рабочему колесу, выполнен­ному в виде диска, закрепленного на валу турбины, и вращающемуся в воздухе. По окружности диска расположены ковшеобразные ло­пасти (ковши) (рис. 9.2). На ков­шах, происходит преобразование гидравлической энергии, заключен­ной в струе, в механическую. Ковши равномерно распределяются по обо­ду рабочего колеса и последова­тельно один за другим при его вра­щении принимают струю.

Подвод воды к рабочему колесу осуществляется посредством сопла, внутри которого расположена регулирующая игла. Сопло пред­ставляет, собой сходящийся наса­док из отверстия которого при ра­боте турбины выбрасывается струя
воды. В сопле вся энергия воды, подведенная к нему по трубопрово­ду за вычетом потерь, обращается в кинетическую.

Игла, перемещаясь в сопле в про­дольном направлении, меняет его выходное сечение и тем самым диаметр выходящей струи. При измене­нии диаметра струи изменяется рас­ход через сопло.

Игла в одном из крайних своих положений полностью закрывает сопло и останавливает турбину. Во­да, отдав свою энергию рабочему колесу, стекает с него в отводящий канал.

Для быстрого отвода струп от рабочего колеса, необходимого для предотвращения гидравлического удара, возникающего при медлен­ном закрытии сопла иглой, приме­няется отклонитель, отбрасываю­щий воду в сторону. Перемещение иглы и отклонителя производится одновременно.

Таким образом, в ковшовых тур­бинах осуществляется регулирова­ние расхода и мощности турбины.

Конструктивные формы ковшо­вых турбин довольно разнообразны и могут различаться по расположе­нию вала (вертикальные и горизон­тальные), по числу сопл и рабочих колес на одном валу. Турбины используются в диапазоне напора 300—2000 м с диаметром рабочего колеса до 7,5 м. Известна турбина мощностью 200 МВт (ГЭС Мон-Се-пи, Франция).

Дата добавления: 2015-05-08