Турбина Пельтона и ее ковш (лопатка)

После того, как в 80-е годы XIX века была разработана система передачи электрической энергии на расстояние, появилась возможность сосредоточить производство электроэнергии на электростанциях, в частности, на электростанциях, использующих в качестве устройств для вращения электрогенераторов гидравлические турбины. Началась новая эра в турбиностроении. К началу XX века в практике закрепились два основных вида турбин – радиально-осевая реактивная турбина и ковшевая турбина (турбина Пельтона).

Понятно, что первые ранние турбины были небольшой мощности и использовались для строительства ГЭС на малых реках. С развитием техники и ростом потребности в электроэнергии увеличивались размеры турбин, совершенствовалась их конструкция.

Радиально-осевая турбина

Радиально-осевая турбина была разработана англо-американским инженером Джеймсом Френсисом в XIX веке. Это реактивная турбина. Направляющий аппарат расположен снаружи рабочего колеса турбины. Снаружи к направляющему аппарату турбины подсоединяется спиральная камера. Особая форма камеры с уменьшающимися сечениями служит для равномерного распределения потока по всей окружности направляющего аппарата. Отвод воды от рабочего колеса осуществляется через отсасывающую трубу в центре. Рабочее колесо с комплектом лопастей и валом турбины является рабочим органом турбины, преобразующим энергию потока в механическую.

Схема радиально-осевой турбины

Рабочее колесо радиально-осевой турбины

Спиральная камера радиально-осевой турбины

Ковшовая турбина (турбина Пельтона)

Рабочее колесо с лопатками может быть установлено как на горизонтальном, так и на вертикальном валу. При горизонтальном расположении вала к каждому рабочему колесу может подводиться до двух форсунок; поскольку пропускная способность каждой форсунки ограничена, при больших расходах воды применяют установку на одном валу двух рабочих колес либо используют вертикальную турбину. К вертикальной турбине может подводиться до шести форсунок. Скорость потока воды из форсунок зависит от напора и может достигать значительных величин, порядка 500 – 600 км/ч. Скорость вращения турбины также весьма велика, до 3 000 об/мин.

Схема ковшовой турбины

Ковшовая турбина

Поворотно-лопастная турбина

В 1920 году австрийским инженером Виктором Капланом была изобретена поворотно-лопастная турбина.

Схема поворотно-лопастной турбины

Это реактивная турбина, лопасти которой могут поворачиваться вокруг своей оси все одновременно, за счёт чего регулируется её мощность и КПД. Также мощность может регулироваться с помощью лопаток направляющего устройства. Поток воды в поворотно-лопастной турбине движется вдоль её оси. Ось турбины может располагаться как вертикально, так и горизонтально. При вертикальном расположении оси поток перед поступлением в рабочую камеру турбины закручивается в спиральной камере, а затем спрямляется с помощью обтекателя. Это необходимо для равномерной подачи воды на лопасти турбины, а значит уменьшения её износа.

Осевая (пропеллерная) турбина

Лопасти такой турбины радиально крепятся к ступице без возможности поворота. Турбина размещается в потоке вертикально или горизонтально, и протекающий поток вращает колесо турбины.