Экзаменационный билет № 3

1.Классификация гидротурбин. Основные элементы проточного тракта реактивных гидротурбин. Диапазон изменения кпд гидротурбин.

Гидравлической турби­ной называется двигатель, преобразующий энергию движущейся воды в механическую энергию враще­ния его рабочего колеса. В практике принято гидротурби­ны подразделять на классы, систе­мы, типы и серии. Существует два класса гидротурбин: активные и реактивные.

Удельная энергия:

На входе в раб.колесо На выходе из рабочего колеса

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

- потенциальная энергия. - кинетическая энергия.

Если ГТ использует только кинетическую энергию то турбина является активной,

Если и кинет. и потенц. то турб. явл реактвной.

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.

13.Активные гидротурбины.

Н аиболее распространенными активными гидротурбина­ми являются ковшовые. Принци­пиальная схема ковшовой турбины:

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). 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).

Реактивные гидротурбины.

К реактивным гидротур­бинам относятся: радиально-осевые пропеллерные, поворотно-лопа­стные (включая двухперовую) и диагональные. 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

П ропеллерные 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.

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

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, что позволяет повы­сить пропускаемый турбиной рас­ход. 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.