 |
Классификация гидротурбин. Реактивные турбины используют главным образом потенциальную энергию потока. По мере протекания жидкости по каналам рабочего колеса такой турбины избыточное давление все время уменьшается и расходуется на увеличение относительной
|
|
|
|
Классификация гидротурбин
В зависимости от того, какие основные виды энергии преобразуются на колесе турбины, последние делятся на активные и реактивные (таблица 10. 1).
Реактивные турбины используют главным образом потенциальную энергию потока. По мере протекания жидкости по каналам рабочего колеса такой турбины избыточное давление все время уменьшается и расходуется на увеличение относительной скорости. Изогнутые лопасти рабочего колеса изменяют направление потока. Таким образом, действие потока на лопасти рабочего колеса реактивной турбины слагается из реактивного давления, возникающего вследствие возрастания скорости потока и из давления, связанного с отклонением потока.
Активные турбины - это такие, в которых используется только кинетическая энергия потока. Весь действующий напор перед входом потока на рабочее колесо должен быть обращен в кинетическую энергию. Давление в процессе работы турбины не изменяется и остается равным атмосферному.
Определение турбин как реактивных и активных является условным. Бо-лее правильно называть реактивные турбины – турбинами с избытком давле-ния, а активные турбины – свободноструйными.
| Таблица 10. 1 | ||||||||
| Классификация гидротурбин | ||||||||
| Диапазон | Максимальная | Диаметр | ||||||
| Тип гидротурбин | напоров Н, | мощность, | турбины, м | |||||
| м | МВт | |||||||
| Поворотно- | 2 -90 | До 250 | ||||||
| лопастные | ||||||||
| Пропеллерные | 1, 5 - 80 | До 150 | ||||||
| Реактивные
| ||||||||
| Диагональные | 30 –200 | До 700 | 7, 5 | |||||
| Радиально- | 30 -650 | До 700 | 7, 5 | |||||
| осевые | ||||||||
| Ковшовые | 300 - 1700 | До 250 | ||||||
| Активные | Наклонно- | 30 – 400 | До 5 | - | ||||
| струйные | ||||||||
| Двукратные | 10 - 100 | До 0, 15 | - | |||||
Поворотно-лопастные гидротурбины
Схема устройства поворотно-лопастной гидротурбины с вертикальным валом изображена на рисунке 10. 5. Вода из водохранилища подводится к тур-бинной камере 9, проходит через статор турбины 10, направляющий аппарат 2
и попадает на рабочее колесо 1, затем вода поступает в отсасывающую трубу 11, откуда уходит в нижний бьеф. Рабочее колесо турбины закреплено на вер-тикальном валу 4, который фиксируется подшипником 5. Вал турбины соеди-нен с валом генератора 3. Согласование режима работы турбины с внешней нагрузкой (регулирование турбины) производится регулятором 7. Лопатки направляющего аппарата поворачиваются с помощью сервомотора 6, масло к которому подается из маслонапорной установки 8.
Рисунок 10. 5. Схема устройства поворотно-лопастной гидротурбины
Турбинная камера служит для подвода воды к рабочему колесу турбиныс возможно минимальными гидравлическими потерями.
Статор турбины и вертикальный вал передают нагрузки на фундаментустановки от веса неподвижных и вращающихся частей турбины и генератора, осевого давления воды на рабочем колесе турбины и веса бетонного перекры-тия.
В зависимости от величины напора, размеров и конструктивных особен-ностей гидроагрегатов статоры могут иметь различную конструкцию:
|
|
|
1) отдельные колонны с опорными фланцами в верхней и нижней частях;
2) колонны, объединенные верхним опорным кольцом, а внизу опираю-щиеся на бетон через отдельные фланцы;
3) колонны, сверху и снизу объединенные кольцами (рисунок 10. 6).
Рисунок 10. 6. Общий вид статора реактивной турбины
Для рабочего процесса в турбине статор не нужен, он применяется только как несущая конструкция. Для уменьшения сопротивления потоку воды колон-нам статора придают обтекаемую форму.
Направляющий аппарат турбины придает потоку воды определенноенаправление при входе на рабочее колесо. Изменением просветов между лопат-ками направляющего аппарата регулируют расход воды.
Принципиальная схема механизма привода направляющего аппарата по-казана на рисунке 10. 7.
Каждая лопатка имеет верхнюю и нижнюю цапфы, которыми она уста-навливается и направляется в верхнем и нижнем кольцах направляющего аппа-рата. На концы верхних цапф лопаток, выступающих над крышкой турбины, насажены кривошипы 1, которые посредством серег 2 соединены с регулирую-щим кольцом 3. Эти три элемента и представляют особое звено механизма.
На рисунке 10. 7, а лопатки показаны в положении полного закрытия. Ес-ли регулирующее кольцо будет поворачиваться против часовой стрелки, то все кривошипы и лопатки направляющего аппарата будут поворачиваться на один
и тот же угол и направляющий аппарат будет открываться. На рисунке 10. 7, б показано положение всех элементов механизма при полном открытии направ-ляющего аппарата.
Регулирующее кольцо поворачивают масляные сервомоторы (см. рисунок 10. 5), которые представляют собой цилиндры с поршнями и штоками. Когда масло подается под напором из маслонапорной установки 8 (см. рисунок 10. 5) в ци-линдр, поршень начинает двигаться, увлекая за собой регулирующее кольцо направляющего аппарата.
Рисунок 10. 7. Механизм поворота направляющего аппарата: а – аппарат закрыт; б – аппарат открыт
Рабочее колесо поворотно-лопастной турбины(рисунок10. 8)состоит извтулки 1 с обтекателем 3 и прикрепленных к ней лопастей 2, число которых может быть 4 8. Так, при напорах до 20 м лопастей бывает четыре, а при напо-рах свыше 60 м – восемь.
|
|
|
Рисунок 10. 8. Рабочее колесо поворотно-лопастной турбины
Рисунок 10. 9. Схема поворота лопастей рабочего колеса
Поворот лопастей рабочего колеса происходит с помощью механизма по-ворота. Принципиальная схема такого механизма показана на рисунке 10. 9. Лопасть 1 с фланцем 2 жестко скреплена с осью 3, которая может поворачи-ваться в подшипниках.
Придавая лопастям различное положение, сохраняют высокое значение КПД турбины при изменении величины расхода воды, проходящей через нее. Управление разворотом лопастей осуществляется регулятором турбины. При изменении нагрузки регулятор автоматически меняет открытие
направляющего аппарата и одновременно угол φ о разворота лопастей рабочего колеса. При этом каждой величине открытия направляющего аппарата соответствует определенный угол разворота лопастей рабочего колеса, при котором КПД турбины будет наибольшим.
Лопасти испытывают совместное действие нагрузки от потока воды и центробежных сил собственной массы, постоянно находятся в коррозионной среде и подвергаются кавитационному разрушению. Поэтому для изготовления лопастей небольших турбин применяют высокопрочную и устойчивую против кавитации углеродистую сталь, а для лопастей крупных турбин – высокохроми-стую сталь. В последнее время начали изготовлять биметаллические лопасти, отлитые из углеродистой стали и облицованные листами нержавеющей стали.
Вал турбины предназначен для передачи крутящего момента от рабочегоколеса к ротору генератора. Для обеспечения надежной работы вал изготовля-ют из высококачественной стали.
Валы турбины и генератора по всей своей длине имеют осевое отверстие,
в котором помещены трубопроводы для подачи масла в сервомотор рабочего колеса.
Отсасывающая труба (см. рисунки10. 1, 10. 2) –необходимая принад-лежность реактивных турбин. Она позволяет установить турбину выше уровня
|
|
|
нижнего бьефа, а также восстанавливает кинетическую энергию потока воды, сходящего с рабочего колеса.
Вопросы для самопроверки
1. От чего зависит мощность ГЭС?
2. Назовите существующие схемы использования водной энергии.
3. Перечислите отрицательные воздействия водохранилища на окружающую среду.
4. Что необходимо учитывать при проектировании гидроэлектростанций?
5. Как классифицируются гидравлические турбины?
6. Какова конструкция поворотно-лопастной турбины? На каких напорах она используется?
7. Поясните назначение основных конструктивных узлов турбины: турбинной камеры, направляющего аппарата, статора турбины, рабочего колеса и отсасы-вающей трубы.
|
|
|
