13. Гидродвигатели

13.1. Гидравлические турбины. Классификация. Устройство и принцип действия

Гидравлические турбины это лопастные гидродвигатели, в которых энергия потока жидкости преобразуется в механическую энергию. Гидравлические турбины применяются на гидроэлектростанциях, для привода генераторов электрического тока. Кроме того они применяются в гидропередачах.

Гидравлические турбины делят на два класса: реактивные и активные. У реактивных турбин давление перед рабочим колесом больше, чем за ним. Здесь в рабочем колесе изменяется как кинетическая, так и потенциальная энергия воды. У активных турбин давление перед колесом и за ним одинаково и равно атмосферному и, следовательно, на рабочем колесе преобразуется только кинетическая энергия воды. К реактивным турбинам относятся: радиально-осевые и осевые турбины.

Принципиальная схема радиально-осевой турбины представлена на (рис. 13.1). Вода, подводимая к турбине, проходит через турбинную камеру 1 и направляющий аппарат 2. Турбинная камера имеет спиральную форму, и обеспечивает осесимметричный поток на входе в направляющий аппарат 2, который представляет собой систему подвижных лопаток, с помощью которых регулируется мощность турбины. При повороте лопаток изменяется проходное сечение, расход воды и, следовательно, мощность турбины. В закрытом положении направляющего аппарата лопатки полностью перекрывают проходное сечение, и расход воды через турбину прекращается. Поворот лопаток осуществляется с помощью гидроцилиндров, связанных с автоматическим регулятором, который реагирует на изменение числа оборотов и поддерживает их постоянным. Через направляющий аппарат вода поступает на лопатки рабочего колеса 3. Проходя через криволинейные каналы, образованные лопатками, вода оказывает на них реактивное воздействие, в результате чего на колесе и, следовательно, на валу 4 образуется крутящий момент, приводящий во вращение колесо турбины и генератор, соединенный с колесом.

О т рабочего колеса вода отводится по отсасывающей трубе 5, имеющей форму диффузора. Отсасывающая труба позволяет полезно использовать часть кинетической энергии воды, которая без отсасывающей трубы полностью теряется, а также расположить колесо турбины выше уровня воды в нижнем бьефе.

Радиально-осевые турбины применяются при средней величине напора (у крупных турбин до 300 м).

О севые турбины (рис. 13.2) обеспечивают движение воды в осевом направлении. Турбинная камера, направляющий аппарат не отличаются от аналогичных устройств радиально-осевой турбины, а вот рабочее колесо напоминает гребной винт корабля. Оно состоит из втулки 1 с закрепленными на ней лопастями 2, которые выполнены поворачивающимися вокруг своих осей. Поворот лопастей позволяет на каждом режиме работы турбины обеспечивать высокий КПД за счет установки оптимальных углов входа и выхода жидкости с лопастей. Цифрой 3 обозначен направляющий аппарат, 4 – корпус турбины. Осевые турбины применяют при малых напорах (до 50 м).

Наиболее распространенной разновидностью активных турбин является ковшевые турбины. Принципиальная схема активной турбины изображена на (рис. 13.3). Вода по напорному трубопроводу 1 подается в сужающееся сопло, из которого с большой скоростью поступает на лопатки 3 колеса 2 турбины, оказывая на них активное воздействие. В результате образуется сила, действующая на лопатки и соответственно крутящий момент, приводящий во вращение вал турбины 4. Регулирование мощности осуществляется за счет специального регулирующего устройства 5, позволяющего изменять расход. Ковшевые турбины применяются при больших напорах (до 1700 м).