4.3.2. Реактивні турбіни
Реактивні турбіни виконують за різними конструкціями (рис. 4.9) і поділяють:
за положенням вала на вертикальні та горизонтальні;
за підводом води (на відкриті, в яких турбіна розміщена у відкритій камері, а вода підводиться відкритим каналом; закриті, в яких турбіна розміщена в металевому кожусі, а вода підводиться закритим трубопроводом; комбіновані, у яких турбіна розміщена в закритій бетонній камері, а вода підводиться відкритим каналом);
за кількістю коліс (одно- та двоколісні на одному валу).
У конструкцію реактивних турбін входять три основні частини:
напрямний апарат;
робоче колесо;
відсмоктувальна труба.
Напрямний апарат, призначений для регулювання подачі води в робоче колесо турбіни, складається з двох кілець, між якими розміщено поворотні лопаті.
Робочі колеса реактивних турбін розрізняють за формою (рис. 4.10). Водний потік, просуваючись уздовж лопаті, діє на неї силою реакції струменя і обертає вал, до якого вони кріпляться.
Рис. 4.10. Типи коліс реактивних турбін: а – колесо тихохідної радіально-осьової турбіни; б – колесо швидкохідної радіально-осьової турбіни; в – колесо пропелерної турбіни; 1 – лопать; 2 – зовнішній обід; 3 – внутрішній обід (втулка)
У радіально-осьових турбінах вхідний діаметр колеса перевищує вихідний, але за коефіцієнта швидкохідності близько 200 вони зрівнюються, а в разі подальшого зростання – вхідний діаметр стає меншим від вихідного.
У пропелерних турбінах ns = 500...1000. Вони розвивають високий ККД тільки за повного навантаження й у разі зменшення навантаження ККД стрімко знижується.
Реактивні турбіни розміщують у відкритих каналах та закритих камерах.
У відкритих каналах (рис. 4.11), форма яких прямокутна, вода підводиться відкритим лотком, розміри залежать від розмірів вибраної турбіни і становлять: ширина (3,5...4)D (3,5 відноситься для коліс з діаметром 0,5 м; 4 – за D = 1 м), довжину беруть на 10...15 % більшу від ширини, глибину – за каталогом або hmin = (1,6…2)D (для горизонтальних – (3...3,5)D).
Рис. 4.11. Відкриті прямокутні турбінні камери: а – квадратна турбінна камера для вертикальної радіально-осьової та пропелерної турбін; б – камера для горизонтальної турбіни з мокрим коліном; в – камера для горизонтальної турбіни з сухим коліном
Закриті камери (рис. 4.12) застосовують, коли напори більше 5 м. Вони мають форму равлика або спіралей таврового перетину. Форму камери та її розміри визначає виробник турбін.
Р
В
смоктувальні
труби призначені
для підвищення ККД підтриманням
зниженого
тиску за робочим колесом
(рис.
4.13).
Оскільки
їх
виконують
із
розширенням на виході, то швидкість
потоку зменшується,
а це, згідно з
залежністю
зменшує втрати повного напору гідростанції.
На практиці висоту відсмоктування беруть рівною 1...3 м (інколи 4 м).
За формою відсмоктувальні труби (рис. 4.14) поділяють на:
п
рямі
вертикальні конічні;вертикальні конічні з верхнім коліном;
розтрубні вертикальні;
похилені колінчасті з верхнім коліном;
вигнуті з нижнім поворотом.
Для попередження захвату повітря під час роботи трубу занурюють на 0,3...0,5 м у воду, але відстань до дна відвідного каналу має становити 1...1,5 діаметра робочого колеса (для розтрубних вона менше і становить 0,5D).
Кут конусності не має перевищувати 14...16. У разі збільшення кута з’являються водні вихрі, що посилюють гідравлічні втрати. Вихідну швидкість потоку обмежують до 1...2 м/с. Якщо такої умови не можна виконати, то застосовують вигнуті труби.
а б в
г д
Рис. 4.14. Форми всмоктувальних труб:
а – пряма конічна; б – колінчаста; в – розтрубна; г – похила колінчаста; д – вигнута