какие турбины имеют спаренные рабочие лопасти

РЕАКТИВНЫЕ ГИДРОТУРБИНЫ

К реактивным гидротур­бинам относятся: радиально-осевые пропеллерные, поворотно-лопа­стные (включая двухперовую) и диагональные. Общий вид рабочих колес представлен на рис. 9.3.

Для реактивных турбин харак­терны следующие основные при­знаки.

Рабочее колесо располагается полностью в воде, поэтому поток поды отдает энергию одновременно всем лопастям рабочего колеса.

Перед рабочим колесом только часть энергии воды находится в ки­нетической форме, остальная же — потенциальная энергия, соответст­вующая разности давлений до и после колеса.

Избыточное давление p/pg по мере протекания воды по проточному тракту рабочего колеса расходу­ется на увеличение относительной скорости, т. е. на создание реактив­ного давления потока на лопасти. Изменение направления потока за счет, кривизны лопастей приводит к возникновению активного давле­ния потока. Таким образом, дейст­вие потока на лопасти рабочего ко­леса складывается из реактивного воздействия, возникаю­щего из-за увеличения относитель­ной скорости, и активного давления, возникающего из-за изме­нения направления потока

Радиально-осевые турбины (РО) (за рубежом их называют турбинами Френсиса) характерны тем, что вода при входе на рабочее колесо движется в радиальной пло­скости, а после рабочего колеса — в осевом направлении, и использу­ются в довольно широком диапазоне напоров — от 30—40 м до 500— 550 м Талой большой диапазон обеспечивается конструктивными изменениями рабочего колеса и всей турбинной установки

Рабочее колесо радиально-осевой турбины состоит из ряда лопа­стей 2 сложной пространственной формы, равномерно распределен­ных по окружностям ступицы 1 (верхний обод) и нижнего обода 3 (рис 93,а и 94) Все три части объединены между собой и пред­ставляют одну жесткую конструк­цию Число лопастей может коле­баться от 9 для низконапорных до 21 для высоконапорных турбин. За диаметр рабочего колеса принима­ется максимальный диаметр по входным кромкам лопастей D₁.

Лопасти рабочих колес крупных гидротурбин имеют в сечении по ли­нии потока обтекаемую форму, что позволяет делать их значительной толщины для достижения необходи­мой прочности

С увеличением используемого напора форма рабочего колеса радиально-осевых турбин меняется, отношение выходного диаметра к входному D₂/D₁ уменьшается.

Высоконапорные турбины обору­дуются холостыми выпусками для отвода воды от рабочего колеса и уменьшения за этот счет гидрав­лического удара при сбросе на­грузки Caмая мощная турбина та­кого типа в СССР (650 МВт) уста­новлена на Саяно-Шушенской ГЭС.

Пропеллерные турбины (Пр). Рабочее колесо такой турбины располагается в камере ниже направ­ляющего аппарата Поэтому между направляющим аппаратом и рабо­чим колесом осуществляется нера­бочий поворот потока На лопасти рабочего колеса поток поступает только в осевом направлении, из-за чего такие турбины называются осевыми.

Рабочее колесо (рис 9 3,6 и 9 5) состоит из втулки / с обтекателем 2 и рабочих лопастей 3 и, как видно из рисунков, отличается от колес радиально-осевых турбин отсутстви­ем нижнего обода, меньшим числом лопастей и их формой (в данном случае она похожа па форму гребного винта или пропеллера).

Число лопастей зависит от напо­ра и может колебаться от трех до восьми (растет с увеличением напо­ра). Лопасти закреплены на втулке под постоянным углом φ=-10°;-5°; 0°; +5°; +10°; 15°; +20°, от­считываемым от некоторого средне­го положения (φ=0). Обычно на турбинах с диаметром рабочего ко­леса D_i ≥ l,6 м имеется возмож­ность перестановки лопастей при останове турбины на тот или иной угол, если такая потребность воз­никнет во время эксплуатации.

Основным достоинством пропел­лерных турбин является простота конструкции и сравнительно высо­кий КПД. Однако турбины имеют существенный недостаток, заклю­чающийся в том, что с изменением нагрузки резко изменяется и КПД, Зона высоких значений КПД наблюдается только в узком диапазо­не изменения мощности. Этот недо­статок существенно снижает эффек­тивность пропеллерных турбин при использовании их в системах с де­фицитом энергии. Однако это несу­щественно, если основным назначе­нием ГЭС является работа в пиковой части графика нагрузки, т. е. при малом числе часов использова­ния установленной мощности ГЭС, Иногда на крупных ГЭС пропеллер­ные турбины устанавливаются со­вместно с радиально-осевыми или поворотно-лопастными, которые имеют более растянутый диапазон максимального значения КПД.

Поворотно-лопастные турбины (ПЛ). По конструктивному выпол­нению поворотно-лопастные турби­ны (за рубежом их называют тур­бины Каплана) отличаются от про­пеллерных только тем, что у них ло­пасти рабочего колеса в процессе работы могут поворачиваться вокруг своих осей, перпендикулярных оси вала (см. рис. 9.3,е).

Мощность, отдаваемая рабочим колесом такой турбины, и его КПД при постоянном напоре зависят как от открытия лопаток направляюще­го аппарата (см. § 9.4), так и от угла поворота лопастей по отноше­нию к втулке. Изменяя угол установ­ки лопастей при различных откры­тиях направляющего аппарата, а следовательно, при различной мощ­ности, можно найти такое положение лопастей, при котором КПД турби­ны будет иметь наибольшее значе­ние. Конструктивно поворотно-лопастные турбины выполняются таким
образом, что лопасти рабочего коле­са на ходу турбины могут автома­тически поворачиваться на некото­рый (оптимальный) угол ср (отсюда название поворотно лопастные) одновременно с изменением откры­тия направляющего аппарата. Та­кое двойное регулирование дает очень большие преимущества, так как обеспечивает автоматиче­ское поддержание высокого значе­ния КПД в широком диапазоне из­менения мощности.

Поворотно-лопастные турбины используются в диапазоне напоров-от 3—5 до 35—45 м. В последнее время, стремясь использовать неко­торые преимущества этих турбин перед радиально-осевыми предпри­нимаются небезуспешные попытки применять их на напоры до 70— 75 м. Наиболее мощная поворотно-лопастная турбина (178 МВт) изго­товлена в СССР и установлена па ГЭС Джердан на Дунае.

Двухперовая турбина. Увеличение числа лопастей рабочего колеса поворотно-лопастной турбины по мере повышения используемого на­пора приводит к возрастанию относительного диаметра втулки (d_вт/D₁) и последующему ухудшению энергетических качеств турби­ны. Для смягчения этого недостатка применяются спаренные (двухперовые) рабочие лопасти, имеющие общий фланец и общую цапфу (рис. 9.3,г; 9.6), что позволяет повы­сить пропускаемый турбиной рас­ход. Двухперовые турбины не тлеют пока широкого распространения.

Диагональные турбины (Д). Появление этих турбин обусловлено теми же причинами, что и двухперовых, т. е. стремлением обеспечить возможность работы осевых турбин двойного регулирования в области напоров, используемых радиально-осевыми турбинами.

Отличие диагональных турбин от поворотно-лопастных заключает­ся в конструкции рабочего колеса, которая представляет собой конусо­образную втулку с расположенными на ней под некоторым углом к оси вращения колеса лопастями (число их доходит до 14), могущи­ми поворачиваться вокруг своих осей (рис. 9.3,

Дата добавления: 2016-02-02 ; просмотров: 1115 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Схема создания напора на ГЭС

Наиболее эффектив­ное использование энергии водотока возможно при концентра­ции перепадов уровней воды на относительно коротком участке. Для использования падения уровней рек, распределенных по зна­чительной длине водотока, прибегают к искусственному сосредо­точению перепада, что может быть осуществлено различным способами.

Различают три основные схемы:

– плотинная, при которой напор создается плотиной;

– деривационная, где напор создается преимущественно с помо­щью деривации (отведения, отклонения), выполняемой в виде канала, туннеля или трубопровода;

–комбинированная, в которой напор создается плотиной и дери­вацией.

Плотинная схема (рисунок 7.1, в) предусматривает создание на­пора уровня водотока путем сооружения плотины. Образующееся при этом водохранилище может использоваться в качестве регу­лирующей емкости, позволяющей периодически накапливать за­пасы воды и более полно использовать энергию водотока.

В гидроузлах, осуществленных по плотинной схеме создания напора, различают русловые и приплотинные здания станций.

Гидроэлектростанция с русловым зданием характеризуется тем, что ее здание входит в состав водоподпорных сооружений и вос­принимает давление воды со стороны верхнего бьефа. Конструк­ция здания в этом случае должна удовлетворять всем требования устойчивости и прочности, предъявляемым к плотинам. Размеры здания, в частности его высота, определяются напором, поэтому ГЭС с русловыми зданиями строятся при сравнительно небольших напорах – до 40 м (каскад Волжских ГЭС).

Гидроэлектростанция с приплотинным зданием характеризуется тем, что ее здание располагается за плотиной и не воспринимает давление воды. На крупных современных гидроэлект­ростанциях такого типа напор доходит до 300 м (Красноярская ГЭС).

Деривационная схема (рисунок 7.1, г) позволяет получить сосредо­точенный перепад путем отвода воды из естественного русла по искусственному водоводу, имеющему меньший продольный ук­лон. Благодаря этому уровень воды в конце водовода оказываете, выше уровня воды в реке; эта разность уровней и является напо­ром гидроэлектростанции.

Сооружение деривационных ГЭС оказывается целесообразно в горных условиях при больших уклонах рек и относительно малы расходах воды; тогда при небольшой протяженности и малой пло­щади сечения деривационного водовода можно получить большой напор (1000 м и более) и соответственно большую мощность.

Комбинированная схема (рисунок 7.1, б) предусматривает создание напора посредством использования напора как плотины, так и дери­вационных сооружений.

На всех гидроэлектростанциях, осуществленных по любой из указанных выше схем, механическая энергия движущихся масс воды преобразуется в электрическую с помощью гидротурбин и гидрогенераторов, размещенных вместе с многочисленным вспо­могательным оборудованием в зданиях станции.

Гидротурбины. Основным энергетическим оборудованием ГЭС являются гидротурбины и генераторы.

Гидравлической турбинойназывается машина, преобразующая энергию движения воды в механическую энергию вращения ее рабочего колеса. Гидротурбины подразделяются на два класса: ак­тивные и реактивные. Турбина называется активной, если исполь­зуется только кинетическая энергия потока, и реактивной, если используется и потенциальная энергия при реактивном эффекте.

Рисунок 7.1 – Принципиальная схема создания напора: а – на ГАЭС; б – на ПЭС; в – на деривационной ГЭС; г – на платинной ГЭС; д – на комбинированной ГЭС; 1-1, 2-2 – сечения соответственно верхнего и нижнего бьефов.

Наиболее распространенными активными гидротурбинами яв­ляются ковшовые. В ковшовой активной турбине потенциальная энер­гия гидростатического давления в суживающейся насадке – со­пле – полностью превращается в кинетическую энергию дви­жения воды. Рабочее колесо турбины выполнено в виде диска, по окружности которого расположены ковшеобразные лопасти 6 (рисунок 7.2, а, б). Вода, огибая поверхности лопастей, меняет на­правление движения. При этом возникают центробежные силы, действующие на поверхности лопастей, и энергия движения воды преобразуется в энергию вращения колеса турбины.

В реактивной гидравлической турбине на лопастях рабочего ко­леса преобразуется как кинетическая, так и потенциальная энер­гия воды в механическую энергию турбины. Вода, поступающая на рабочее колесо турбины, обладает избыточным давлением, которое по мере протекания воды по проточному тракту рабочего колеса уменьшается. При этом вода оказывает реактивное давле­ние на лопасти турбины и слагающая потенциальной энергии воды превращается в механическую энергию рабочего колеса турбины

За счет кривизны лопастей изменяется направление потока воды, при котором, как и в активной турбине, кинетическая энер­гия воды в результате действия центробежных сил превращается в механическую энергию турбины. Рабочее колесо реактивной тур­бины в отличие от активной полностью находится в воде, т.е. поток воды поступает одновременно на все лопасти рабочего ко­леса. Различные конструкции рабочих колес реактивных турбин показаны на рис. 7.2, в–ж.

У радиально-осевых турбин лопасти рабочего колеса имеют сложную кривизну, поэтому вода, поступающая с направ­ляющего аппарата, постепенно меняет направление с радиально­го на осевое. Такие турбины используют в широком диапазоне напоров от 30 до 600 м. В настоящее время созданы уникальные радиально-осевые турбины мощностью 700 МВт.

Пропеллерные турбины обладают простой конструк­цией и высоким КПД, однако у них с изменением нагрузки КПД резко уменьшается.

У поворотно-лопастных гидротурбин в отличие от пропеллерных лопасти рабочего колеса поворачиваются при из­менении режима работы для поддержания высокого значения КПД.

Двухперовые турбины имеют спаренные рабочие лопа­сти, что позволяет повысить расход воды. Широкое применение их ограничено конструктивными сложностями. Сложная конст­рукция свойственная также диагональным турбинам, у которых ра­бочие лопасти поворачиваются относительно своих осей.

Радиально-осевые турбины установлены на Братской, Крас­ноярской и других ГЭС. Поворотно-лопастными турбинами обо­рудованы Куйбышевская, Волгоградская, Каховская, Кременчуг­ская и другие ГЭС.

На электрических станциях турбина и генератор связаны общим валом. Частоты их вращения не могут выбираться произволь­но. Они зависят от числа пар полюсов ротора генератора и часто­ты переменного тока, которая должна соответствовать стандарт­ной. Кроме того, необходимо учитывать, что при небольших час­тотах вращения турбины получаются громоздкими и дорогими, чтобы получить скорости агрегатов, близкие к оптимальным, при больших напорах используют турбины с малыми значениями коэффициента быстроходности, а при небольших напорах – с большими значениями этого коэффициента.

Рисунок 7.2 – Схема работы ковшовой турбины (а) и виды рабочих колес радиально-осевой (б), пропеллерной (в), поворотно-лопастной (г), двухперовой (д) и диагональной (е) реактивных гидротурбин: 1 – бассейн верхнего уровня (бьефа); 2 – турбинный трубопровод; 3 – сопло: 4 – рабочее колесо; 5 – кожух; 6 – регулировочная игла; 7– лопасти (ковши)

Разнообразие природных условий, в которых сооружаются ГЭС, определяет разнообразие конструктивного исполнения турбин. Мощности турбин изменяются от нескольких киловатт до 640 МВт.

При сооружении ГЭС обычно решают комплекс народнохозяйственных задач, в который помимо выработки электрической энергии входит регулирование стока воды и улучшение судоходства реки, создание орошаемых массивов, развитие энергоемких производств, использующих местное сырье, и т.д.

Источник

РЕАКТИВНЫЕ ГИДРОТУРБИНЫ

К реактивным гидротур­бинам относятся: радиально-осевые пропеллерные, поворотно-лопа­стные (включая двухперовую) и диагональные. Общий вид рабочих колес представлен на рис. 9.3.

Для реактивных турбин харак­терны следующие основные при­знаки.

Рабочее колесо располагается полностью в воде, поэтому поток поды отдает энергию одновременно всем лопастям рабочего колеса.

Перед рабочим колесом только часть энергии воды находится в ки­нетической форме, остальная же — потенциальная энергия, соответст­вующая разности давлений до и после колеса.

Избыточное давление p/pg по мере протекания воды по проточному тракту рабочего колеса расходу­ется на увеличение относительной скорости, т. е. на создание реактив­ного давления потока на лопасти. Изменение направления потока за счет, кривизны лопастей приводит к возникновению активного давле­ния потока. Таким образом, дейст­вие потока на лопасти рабочего ко­леса складывается из реактивного воздействия, возникаю­щего из-за увеличения относитель­ной скорости, и активного давления, возникающего из-за изме­нения направления потока

Радиально-осевые турбины (РО) (за рубежом их называют турбинами Френсиса) характерны тем, что вода при входе на рабочее колесо движется в радиальной пло­скости, а после рабочего колеса — в осевом направлении, и использу­ются в довольно широком диапазоне напоров — от 30—40 м до 500— 550 м Талой большой диапазон обеспечивается конструктивными изменениями рабочего колеса и всей турбинной установки

Рабочее колесо радиально-осевой турбины состоит из ряда лопа­стей 2 сложной пространственной формы, равномерно распределен­ных по окружностям ступицы 1 (верхний обод) и нижнего обода 3 (рис 93,а и 94) Все три части объединены между собой и пред­ставляют одну жесткую конструк­цию Число лопастей может коле­баться от 9 для низконапорных до 21 для высоконапорных турбин. За диаметр рабочего колеса принима­ется максимальный диаметр по входным кромкам лопастей D₁.

Лопасти рабочих колес крупных гидротурбин имеют в сечении по ли­нии потока обтекаемую форму, что позволяет делать их значительной толщины для достижения необходи­мой прочности

С увеличением используемого напора форма рабочего колеса радиально-осевых турбин меняется, отношение выходного диаметра к входному D₂/D₁ уменьшается.

Высоконапорные турбины обору­дуются холостыми выпусками для отвода воды от рабочего колеса и уменьшения за этот счет гидрав­лического удара при сбросе на­грузки Caмая мощная турбина та­кого типа в СССР (650 МВт) уста­новлена на Саяно-Шушенской ГЭС.

Пропеллерные турбины (Пр). Рабочее колесо такой турбины располагается в камере ниже направ­ляющего аппарата Поэтому между направляющим аппаратом и рабо­чим колесом осуществляется нера­бочий поворот потока На лопасти рабочего колеса поток поступает только в осевом направлении, из-за чего такие турбины называются осевыми.

Рабочее колесо (рис 9 3,6 и 9 5) состоит из втулки / с обтекателем 2 и рабочих лопастей 3 и, как видно из рисунков, отличается от колес радиально-осевых турбин отсутстви­ем нижнего обода, меньшим числом лопастей и их формой (в данном случае она похожа па форму гребного винта или пропеллера).

Число лопастей зависит от напо­ра и может колебаться от трех до восьми (растет с увеличением напо­ра). Лопасти закреплены на втулке под постоянным углом φ=-10°;-5°; 0°; +5°; +10°; 15°; +20°, от­считываемым от некоторого средне­го положения (φ=0). Обычно на турбинах с диаметром рабочего ко­леса D_i ≥ l,6 м имеется возмож­ность перестановки лопастей при останове турбины на тот или иной угол, если такая потребность воз­никнет во время эксплуатации.

Основным достоинством пропел­лерных турбин является простота конструкции и сравнительно высо­кий КПД. Однако турбины имеют существенный недостаток, заклю­чающийся в том, что с изменением нагрузки резко изменяется и КПД, Зона высоких значений КПД наблюдается только в узком диапазо­не изменения мощности. Этот недо­статок существенно снижает эффек­тивность пропеллерных турбин при использовании их в системах с де­фицитом энергии. Однако это несу­щественно, если основным назначе­нием ГЭС является работа в пиковой части графика нагрузки, т. е. при малом числе часов использова­ния установленной мощности ГЭС, Иногда на крупных ГЭС пропеллер­ные турбины устанавливаются со­вместно с радиально-осевыми или поворотно-лопастными, которые имеют более растянутый диапазон максимального значения КПД.

Поворотно-лопастные турбины (ПЛ). По конструктивному выпол­нению поворотно-лопастные турби­ны (за рубежом их называют тур­бины Каплана) отличаются от про­пеллерных только тем, что у них ло­пасти рабочего колеса в процессе работы могут поворачиваться вокруг своих осей, перпендикулярных оси вала (см. рис. 9.3,е).

Мощность, отдаваемая рабочим колесом такой турбины, и его КПД при постоянном напоре зависят как от открытия лопаток направляюще­го аппарата (см. § 9.4), так и от угла поворота лопастей по отноше­нию к втулке. Изменяя угол установ­ки лопастей при различных откры­тиях направляющего аппарата, а следовательно, при различной мощ­ности, можно найти такое положение лопастей, при котором КПД турби­ны будет иметь наибольшее значе­ние. Конструктивно поворотно-лопастные турбины выполняются таким
образом, что лопасти рабочего коле­са на ходу турбины могут автома­тически поворачиваться на некото­рый (оптимальный) угол ср (отсюда название поворотно лопастные) одновременно с изменением откры­тия направляющего аппарата. Та­кое двойное регулирование дает очень большие преимущества, так как обеспечивает автоматиче­ское поддержание высокого значе­ния КПД в широком диапазоне из­менения мощности.

Поворотно-лопастные турбины используются в диапазоне напоров-от 3—5 до 35—45 м. В последнее время, стремясь использовать неко­торые преимущества этих турбин перед радиально-осевыми предпри­нимаются небезуспешные попытки применять их на напоры до 70— 75 м. Наиболее мощная поворотно-лопастная турбина (178 МВт) изго­товлена в СССР и установлена па ГЭС Джердан на Дунае.

Двухперовая турбина. Увеличение числа лопастей рабочего колеса поворотно-лопастной турбины по мере повышения используемого на­пора приводит к возрастанию относительного диаметра втулки (d_вт/D₁) и последующему ухудшению энергетических качеств турби­ны. Для смягчения этого недостатка применяются спаренные (двухперовые) рабочие лопасти, имеющие общий фланец и общую цапфу (рис. 9.3,г; 9.6), что позволяет повы­сить пропускаемый турбиной рас­ход. Двухперовые турбины не тлеют пока широкого распространения.

Диагональные турбины (Д). Появление этих турбин обусловлено теми же причинами, что и двухперовых, т. е. стремлением обеспечить возможность работы осевых турбин двойного регулирования в области напоров, используемых радиально-осевыми турбинами.

Отличие диагональных турбин от поворотно-лопастных заключает­ся в конструкции рабочего колеса, которая представляет собой конусо­образную втулку с расположенными на ней под некоторым углом к оси вращения колеса лопастями (число их доходит до 14), могущи­ми поворачиваться вокруг своих осей (рис. 9.3,

Источник

9.2. Активные гидротурбины.

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).

9.3. Реактивные гидротурбины

К реактивным гидротур­бинам относятся: радиально-осевые пропеллерные, поворотно-лопа­стные (включая двухперовую) и диагональные. Общий вид рабочих колес представлен на рис. 9.3.

Для реактивных турбин харак­терны следующие основные при­знаки.

Рабочее колесо располагается полностью в воде, поэтому поток поды отдает энергию одновременно всем лопастям рабочего колеса.

Перед рабочим колесом только часть энергии воды находится в ки­нетической форме, остальная же — потенциальная энергия, соответст­вующая разности давлений до и после колеса.

Избыточное давление p/pg по мере протекания воды по проточному тракту рабочего колеса расходу­ется на увеличение относительной скорости, т. е. на создание реактив­ного давления потока на лопасти. Изменение направления потока за счет, кривизны лопастей приводит к возникновению активного давле­ния потока. Таким образом, дейст­вие потока на лопасти рабочего ко­леса складывается из реактивного воздействия, возникаю­щего из-за увеличения относитель­ной скорости, и активного давления, возникающего из-за изме­нения направления потока

Радиально-осевые турбины (РО) (за рубежом их называют турбинами Френсиса) характерны тем, что вода при входе на рабочее колесо движется в радиальной пло­скости, а после рабочего колеса — в осевом направлении, и использу­ются в довольно широком диапазоне напоров — от 30—40 м до 500— 550 м Талой большой диапазон обеспечивается конструктивными изменениями рабочего колеса и всей турбинной установки

Рабочее колесо радиально-осевой турбины состоит из ряда лопа­стей 2 сложной пространственной формы, равномерно распределен­ных по окружностям ступицы 1 (верхний обод) и нижнего обода 3 (рис 93,а и 94) Все три части объединены между собой и пред­ставляют одну жесткую конструк­цию Число лопастей может коле­баться от 9 для низконапорных до 21 для высоконапорных турбин. За диаметр рабочего колеса принима­ется максимальный диаметр по входным кромкам лопастей D₁.

Лопасти рабочих колес крупных гидротурбин имеют в сечении по ли­нии потока обтекаемую форму, что позволяет делать их значительной толщины для достижения необходи­мой прочности

С увеличением используемого напора форма рабочего колеса радиально-осевых турбин меняется, отношение выходного диаметра к входному D₂/D₁ уменьшается.

Высоконапорные турбины обору­дуются холостыми выпусками для отвода воды от рабочего колеса и уменьшения за этот счет гидрав­лического удара при сбросе на­грузки Caмая мощная турбина та­кого типа в СССР (650 МВт) уста­новлена на Саяно-Шушенской ГЭС.

Пропеллерные турбины (Пр).Рабочее колесо такой турбины располагается в камере ниже направ­ляющего аппарата Поэтому между направляющим аппаратом и рабо­чим колесом осуществляется нера­бочий поворот потока На лопасти рабочего колеса поток поступает только в осевом направлении, из-за чего такие турбины называются осевыми.

Рабочее колесо (рис 9 3,6 и 9 5) состоит из втулки / с обтекателем 2 и рабочих лопастей 3 и, как видно из рисунков, отличается от колес радиально-осевых турбин отсутстви­ем нижнего обода, меньшим числом лопастей и их формой (в данном случае она похожа па форму гребного винта или пропеллера).

Число лопастей зависит от напо­ра и может колебаться от трех до восьми (растет с увеличением напо­ра). Лопасти закреплены на втулке под постоянным углом φ=-10°;-5°; 0°; +5°; +10°; 15°; +20°, от­считываемым от некоторого средне­го положения (φ=0). Обычно на турбинах с диаметром рабочего ко­леса D_i ≥ l,6 м имеется возмож­ность перестановки лопастей при останове турбины на тот или иной угол, если такая потребность воз­никнет во время эксплуатации.

Основным достоинством пропел­лерных турбин является простота конструкции и сравнительно высо­кий КПД. Однако турбины имеют существенный недостаток, заклю­чающийся в том, что с изменением нагрузки резко изменяется и КПД, Зона высоких значений КПД наблюдается только в узком диапазо­не изменения мощности. Этот недо­статок существенно снижает эффек­тивность пропеллерных турбин при использовании их в системах с де­фицитом энергии. Однако это несу­щественно, если основным назначе­нием ГЭС является работа в пиковой части графика нагрузки, т. е. при малом числе часов использова­ния установленной мощности ГЭС, Иногда на крупных ГЭС пропеллер­ные турбины устанавливаются со­вместно с радиально-осевыми или поворотно-лопастными, которые имеют более растянутый диапазон максимального значения КПД.

Поворотно-лопастные турбины (ПЛ). По конструктивному выпол­нению поворотно-лопастные турби­ны (за рубежом их называют тур­бины Каплана) отличаются от про­пеллерных только тем, что у них ло­пасти рабочего колеса в процессе работы могут поворачиваться вокруг своих осей, перпендикулярных оси вала (см. рис. 9.3,е).

Мощность, отдаваемая рабочим колесом такой турбины, и его КПД при постоянном напоре зависят как от открытия лопаток направляюще­го аппарата (см. § 9.4), так и от угла поворота лопастей по отноше­нию к втулке. Изменяя угол установ­ки лопастей при различных откры­тиях направляющего аппарата, а следовательно, при различной мощ­ности, можно найти такое положение лопастей, при котором КПД турби­ны будет иметь наибольшее значе­ние. Конструктивно поворотно-лопастные турбины выполняются таким образом, что лопасти рабочего коле­са на ходу турбины могут автома­тически поворачиваться на некото­рый (оптимальный) угол ср (отсюда название поворотно лопастные) одновременно с изменением откры­тия направляющего аппарата. Та­кое двойное регулирование дает очень большие преимущества, так как обеспечивает автоматиче­ское поддержание высокого значе­ния КПД в широком диапазоне из­менения мощности.

Поворотно-лопастные турбины используются в диапазоне напоров-от 3—5 до 35—45 м. В последнее время, стремясь использовать неко­торые преимущества этих турбин перед радиально-осевыми предпри­нимаются небезуспешные попытки применять их на напоры до 70— 75 м. Наиболее мощная поворотно-лопастная турбина (178 МВт) изго­товлена в СССР и установлена па ГЭС Джердан на Дунае.

Двухперовая турбина. Увеличение числа лопастей рабочего колеса поворотно-лопастной турбины по мере повышения используемого на­пора приводит к возрастанию относительного диаметра втулки (d_вт/D₁) и последующему ухудшению энергетических качеств турби­ны. Для смягчения этого недостатка применяются спаренные (двухперовые) рабочие лопасти, имеющие общий фланец и общую цапфу (рис. 9.3,г; 9.6), что позволяет повы­сить пропускаемый турбиной рас­ход. Двухперовые турбины не тлеют пока широкого распространения.

Диагональные турбины (Д). Появление этих турбин обусловлено теми же причинами, что и двухперовых, т. е. стремлением обеспечить возможность работы осевых турбин двойного регулирования в области напоров, используемых радиально-осевыми турбинами.

Отличие диагональных турбинот поворотно-лопастных заключает­ся в конструкции рабочего колеса, которая представляет собой конусо­образную втулку с расположенными на ней под некоторым углом к оси вращения колеса лопастями (число их доходит до 14), могущи­ми поворачиваться вокруг своих осей (рис. 9.3, 37 / 44 37 38 39 40 41 42 43 44 > Следующая > >>

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Источник