Чтобы зазор сохранялся постоянным при изменении угла установки лопастей камера рабочего колеса должна быть сферической. Однако, в этом случае возникнут трудности с установкой рабочего колеса на место. Поэтому часть камеры выше оси поворота лопастей делается цилиндрической. В нижней, выходной части камере придают сферическую форму, но не по всей высоте, а таким образом, чтобы минимальный выходной диаметр – горловина был не менее (0.98 – 0.96) · 1, поскольку большее стеснение вызывает падение мощности и к.п.д.

Рисунок 11: Размещение поворотно-лопастной турбины в камере рабочего колеса.

Осевые турбины могут быть расположены в здании ГЭС вертикально и горизонтально. В случае горизонтального расположения турбина размещается в специальной герметичной капсуле.

Поворотно-лопастные турбины также называют турбинами Каплана.

1.6.2Диагональные турбины

Основное отличие диагональных турбин от осевых состоит в форме и конструкции рабочего колеса. Лопасти рабочего колеса диагональных турбин укреплены в конусообразной втулке под углом к оси вращения колеса.

Лопасти диагональных турбин также могут вращаться вокруг своих осей. Такие турбины могут иметь не только различное число лопастей, но и различный угол . С

ростом напора величина угла уменьшается. Примерная зависимость этой величины от

16

Рисунок 12: Рабочее колесо диагональной турбины.

1.6.3Радиально-осевые турбины. (Турбины Френсиса.)

В проточной части рабочего колеса радиально-осевой турбины поток жидкости изменяет своё направление с радиального, параллельного радиусу рабочего колеса, на осевое, параллельное оси вращения рабочего колеса.

Рисунок 13: Схема рабочего колеса радиально-осевой турбины.

Лопасти рабочего колеса радиально-осевой турбины жёстко закреплены на верхнем и нижнем ободах. Рабочее колесо является цельным, неразъёмным 3. При работе турбины в потоке перед рабочим колесом давление высокое, а за колесом низкое. Под действием этого перепада давления часть воды может бесполезно протекать через зазоры между вращающимися и неподвижными элементами. С целью уменьшения этих протечек применяются специальные уплотнения.

3Если такие рабочие колёса приходится транспортировать по железной дороге, то их делают разъёмными и собирают на месте. Так рабочие колёса Братской ГЭС 1 = 5.5м были изготовлены на заводе в виде двух половин и на месте обе половины были сварены, что потребовало дополнительной обработки.

17

Рисунок 14: Внешний вид рабочего колеса радиально-осевой турбины. (По сравнению в изображением на предыдущем рисунке (Рис.13) на данном виде рабочее колесо перевёрнуто, то есть обод рабочего колеса с диаметром 2 обращён вверх.)

Рисунок 15: Размещение радиально-осевой турбины.

1.6.4Ковшовые турбины. (Турбины Пельтона.)

Ковшовые турбины относятся к классу активных турбин. Они обязаны своим названием ковшеобразной форме лопастей рабочего колеса, которые поочерёдно подвергаются воздействию свободной струи, выходящей из сопла.

Сопло и рабочее колесо устанавливаются выше уровня воды, так что рабочее колесо вращается в воздухе. Мощность ковшовой турбины регулируется за счёт изменения расхода воды. Для этого служит регулирующая игла. Игла может полностью перекрыть сопло, по мере удаления иглы от сопла увеличивается проходное сечение, а следовательно, и расход.

Рабочее колесо состоит из диска с рабочими лопастями. Общее число лопастей 12 – 40. Каждая лопасть состоит из двух криволинейных поверхностей, разделённых ножом.

18

Рисунок 16: Принципиальная схема ковшовой турбины.

1 – Рабочее колесо; 2 – Вал турбины; 3 – Лопасти; 4 – Сопло; 5 – Подводящий трубопровод; 6 – Регулирующая игла.

Рисунок 17: Лопасть рабочего колеса ковшовой турбины.

19

При натекании на лопасть струя делится ножом на две равные части и каждая обтекает криволинейную поверхность. За счёт изменеия как скорости движения воды, так и её направления создаётся давление на лопасти и образуется момент рабочего колеса, вращающий его вместе с валом.

Чтобы устранить при вращении рабочего колеса удар тыльной стороны лопасти о струю, в лопасти предусматривается специальная прорезь.

Геометрические размеры турбин характеризуются расчётным диаметром рабочего ко- леса – 1. Диаметр рабочего колеса для разных типов турбин определяется по разному (см. рис. 9, 12, 13 и 16).

Геометрически подобные турбины разных размеров образуют турбинную серию. Разнообразие форм рабочих колёс гидравлических турбин связано с условиями их ра-

боты. С увеличением напора поток жидкости обладает всё большей энергией, которую необходимо “отбирать” от него. Для преобразования более высоких энергий рабочее колесо должно интенсивнее взаимодействовать с потоком. Поэтому для небольших напоров достаточно осевых турбин, а с увеличением напора поток “заставляют” изменять своё направление в проточных частях диагональных турбин и с дальнейшим увеличением напора

– в радиально-осевых турбинах.

Рисунок 18: Монтаж поворотно-лопастной турбины в турбинной камере.

20