А) радиально-осевая; б) пропеллерная; в) поворотно-лопастная;
г) двухперовая; д) диагональная.
Рисунок 7.5 - Общий вид рабочих колес реактивных турбин
Пропеллерные гидротурбины (Пр). Рабочее колесо 1 (см.рисунок 7.6) состоит из корпуса (втулки) с обтекателем 2 и лопастей 3, установленных под углом разворота φ. На лопасти рабочего колеса поток поступает только в осевом направлении, вследствие чего такие гидротурбины называют также осевыми (за рубежом турбины Каплана).
Рисунок 7.6 - Рабочее колесо пропеллерной турбины 123
Для подвода воды к направляющему аппарату 5 гидротурбины служит турбинная камера 4.
Число лопастей рабочего колеса зависит от напора и может колебаться от 3 до 8 (растет с увеличением напора).
Поворотно-лопастные гидротурбины (ПЛ). По конструктивному исполнению поворотно-лопастные турбины не отличаются от пропеллерных, но у них в процессе работы лопасти рабочего колеса могут поворачиваться вокруг своих осей, перпендикулярных оси вала (см.рисунок 7.6 и 7.7).
Мощность, отдаваемая рабочим колесом такой гидротурбины и его КПД при заданном напоре зависят как от открытия лопаток направляющего аппарата 5, так и от угла поворота ф 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 гидротурбины будет иметь наибольшее значение. Лопасти рабочего колеса при работе гидротурбины могут поворачиваться на некоторый (оптимальный) угол (отсюда название поворотно-лопастные) одновременно с изменением открытия направляющего аппарата. Такое двойное регулирование дает большие преимущества, так как обеспечивается автоматическое поддержание высокого значения КПД в широком диапазоне мощностей.
1) Корпус рабочего колеса, 2) обтекатель, 3) лопасти, 4) камера рабочего колеса, 5) лопатки направляющего аппарата
Рисунок 7.7 - Рабочее колесо поворотно-лопастной турбины
7.6 Турбины гэс малой мощности
Для комплектации ГЭС малой мощности применяются следующие системы активных турбин: ковшовые, наклонно-струйные и двукратные.
Наиболее простая в конструктивном отношении – двукратная турбина (см.рисунок 7.8). Она имеет горизонтальный вал с двумя, а иногда с тремя дисками, между которыми закреплены изогнутые лопасти, расположенные своими продольными кромками параллельно валу турбины.
Рисунок 7.8 - Двукратная турбина
Вода к турбине подводится плоским соплом шириной несколько меньшей, чем ширина лопастей рабочего колеса турбины.
Вода из сопла поступает на лопасти рабочего колеса и, пройдя внутри колеса, вновь поступает на лопасти, но уже с внутренней стороны, отдав еще раз энергию, она выходит наружу. Таким образом, вода дважды попадает на лопасти рабочего колеса, поэтому турбина и называется двукратной. При первом прохождении струи через лопасти колеса, она отдает ему 70–80 % полезной энергии и при втором 30–20 %. Такие турбины мощностью от 1 до 250 кВт чаще применяют при напорах от 2 до 100 м.
7.7 Генераторы гидроэлектростанций
Для комплектации ГЭС используются явнополюсные синхронные генераторы с частотой вращения ротора в пределах от 20 до 1000 об/мин. Такой широкий диапазон частот вращения связан с большим разнообразием расходов и напоров воды, используемых на гидростанциях. Как правило, генераторы ГЭС выполняются в ограниченном количестве экземпляров по индивидуальным проектам.
Потенциал гидроэнергетики Республики Казахстан образуется учетом перспективных для строительства и восстановления крупных, средних, малых и мини гидроэлектростанций на реках и гидросооружениях. Так, в Алматинской области имеется возможность строительства 9 ГЭС мощностью более 50 МВт - с суммарной мощностью 1325.4 МВт, 34 ГЭС мощностью от 10 до 50 МВт. суммарной мощностью 820.4 МВт. Итого по 17 ГЭС мощностью от 1 до 10 МВт - 97.8 МВт., Суммарная мощность 9 мини ГЭС мощностью до 1 МВт на разных реках составляет 7,2 МВт.
Большой экономический эффект возникает при создании местных энергетических систем, использующих три вида возобновляемых энергетических ресурсов – воды, ветра и солнца. Это определяется тем, что летом солнечная энергия больше чем зимой, реки несут больше воды, весенние паводковые воды могут накапливаться в водохранилище и срабатываться по мере необходимости. Ветровая активность более высокая в зимнее время и тогда потребность в электроэнергии может удовлетворяться за счет ветроэлектростанций. Примером такого удачного сочетания являются ветер, Солнце Джунгарских ворот и водные ресурсы втекающей в Джунгарские ворота горной реки Ыргайты.
Удельная стоимость сооружения гидроэлектростанций находится в пределах 6000 – 7000 долл. США за 1 кВт установленной мощности.