Турбины и их установка на ГЭС

Водяная турбина - это двигатель, превращающий потенциальную и кине­тическую энергию движущегося потока воды в полезную механическую работу.

Подразделяют два принципа работы турбины:

-активные схемы

- пассивные схемы

Общая схема активной турбины (струйно-ковшовой) имеет вид:

Схема активной гидротурбины: а- рабочее колесо; б - сопла.

Схема реактивной гидротурбины: а - рабочее колесо; б - направляющий аппарат.

 

На горизонтальном валу насажано колесо с лопатками, размещенными по всей длине окружности, которая называется рабочее колесо. Лопатки имеют форму ковшей. Вода из ВБ к рабочему колесу подводится при помощи трубопровода, который заканчивается - с о п л о м. Напор перед соплом целиком превращается в силу струи. Струя встречает на своем пути лопатки рабочего колеса и производит давление, которое поворачивает колес, тем самым производя работу. При этом процесс вращения колеса происходит непрерывно. Использование водной энергии идет при

атмосферном давлении. Само производство энергии осуществляется за счет кинетической энергии струи. Здесь используется напор между УВБ и отметкой сопла. Ставят такие агрегаты на высоко напорных ГЭС.

 

Реактивными называют турбины, в которых колесо целиком находится в потоке воды под напором, и приводится во вращение реактив­ным давлением струй, протекающих между его изогнутыми лопатками. При этом давление передается на все лопатки одновременно. Обычно рабочее колесо насажено на вертикальном валу, который передает вращение генератору..

Наиболее распространены:

1) радиально-осевые – лопасти рабочего колеса неподвижно закреплены на ободе.

 

2) Поворотно-лопастные – также неподвижны на втулке. Однако они могут вращаться в цапфах соответственно напору для максимального коэффициента п.д.

 

3) Пропеллерные

 

 

Наиболее распространённые схемы малых гидротурбин:

 

а - вертикальная Френсиса в открытой камере; б - вертикальная пропеллерная в открытой камере; в - горизонтальная в открытой камере; г - горизонтальная кожуховая с лобовым (фронтальным) подводом; д - горизонтальная в металлическом спиральном корпусе; е - вертикальная Френсиса с металлической спиральной камерой; ж -вертикальная с автоматически поворачивающимися лопастями рабочего колеса, или пропеллерная, в бетонной спиральной камере; з -вертикальная Френсиса в бетонной спиральной камере.

Гидротурбина с реактивной установкой состоит из:

 

- рабочего колеса

- направляющегоаппарата

- турбинной камеры

- отсасывающей трубы

 

Направляющий аппарат служит для изменения расхода воды, поступающей на рабочее колесо, что необходимо для регулирования мощнос­ти турбины и поддержания постоянным числа ее оборотов. Частота тока в СССР 50 периодов в секунду. Максим.откл от стандарта (300,250,214,.. 75, 60, 50 оборотов гидроагрегата) не более 5-6%. Для этого расход через турбину должен соответствовать мощности отдаваемой генератором:

Если нагрузка меньше - турбина пойдет в разгон, если нагрузка больше, то турбина сбавит обороты и не даст нормального напряжения и мощности.

Направляющий аппарат состоит из системы лопаток, расположенных вокруг колеса турбины. Каждая лопатка закреплена на оси и поворачивается одновременно с остальными на один и тот же угол. Они могут смыкаться за 3-8 сек, в зависимости от мощности управляющего сервомотора.

Турбинная камера - это место установки турбины в здании. Различают:

- открытые

- закрытые

Открытые – устраивают при напорах менее 6-8 м и малых диаметрах рабочего колеса.

Закрытые - это спиралевидные камеры, обеспечивающие равномерную подачу воды по всей окружности направляющего аппарата.

При напорах до 25 м изготавливают из ж/б, более 25 м - в виде улитки из металла.

Отсасывающая труба позволяет частично использовать кинетическую энергию потока из верхнего бьефа за счет разрежения в ней. Она заполнена водой полностью и выведена под УНБ. Имеет форму конфузора, т.е. расширяется и уменьшает потери напора. Все это вызвано нежеланием потерять напор, равный высоте турбины над УНБ.