Типы гидротурбин микро гидроэлектростанций. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Пропеллерные турбины (турбина Каплана)

Пропеллерная турбина имеет самую высокую быстроходность среди всех типов турбин. Что позволяет при малых скоростях потока получать более высокую скорость вращения. Высокие обороты турбины в свою очередь позволяют применять более быстроходные, а значит, более легкие и дешевые электрогенераторы или уменьшать расходы на передаточные устройства (редукторы или ременные системы передач). Поэтому пропеллерные турбины применяют при самых низких напорах, когда скорости потока невелики.

По внешнему виду рабочее колесо пропеллерной турбины похоже на вентилятор (рис. 20).

Рис.20. Пропеллерная турбина с фиксированными лопастями

Лопасти в турбине могут изготавливаться, как фиксированными, так и поворотными (рис .21). В первом случае лопасти неподвижно закреплены под выбранным углом, соответствующим рабочему напору и оптимальной нагрузке генератора. Поворотные лопасти оправдано применять в больших турбинах при значительных колебаниях напора и работе генератора в условиях с переменной нагрузкой. С помощью поворотных лопастей можно поддерживать неизменную частоту вращения рабочего колеса и частоту вырабатываемого напряжения в генераторах.

Рис.21. Поворотно-лопастная турбина (турбина Каплана)

Рис.21-1. Принцип работы

В пропеллерной турбине имеется направляющий аппарат (рис. 22), который служит для подачи потока воды под нужным углом на лопасти турбины для достижения максимального коэффициента полезного действия. Направляющий аппарат позволяет регулировать мощность турбины, а также, в некоторых случаях, полностью прекращать доступ воды к рабочему колесу турбины.

Рис.22. Направляющий аппарат турбины

Пропеллерные турбины снабжаются отсасывающими трубами. Отсасывающая труба представляет собой расширяющийся по сечению канал для отвода воды из турбины. При увеличении сечения трубопровода скорость воды и ее кинетическая энергия уменьшаются, что позволяет уменьшить потери энергии в отходящем потоке. Кроме того, отсасывающая труба позволяет расположить турбину выше уровня воды в нижнем бьефе.

Бьеф (фр. bief) это - часть водного пространства, прилегающая к гидротехническому сооружению. Различают верхний бьеф (прилегающий к напорному бассейну) и нижний бьеф (прилегающий к сбросному каналу).

Отсасывающие трубы бывают прямые, так и изогнутые, как показано на рис. 23 и 24:

Рис.23. Гидроагрегат с прямой отсасывающей

Рис.24. Гидроагрегат с изогнутой трубой отсасывающей трубой

Радиально-осевые турбины (Турбина Френсиса)

Вода на рабочее колесо радиально-осевой турбины поступает с наружной стороны колеса и движется по радиусу к центру турбины (рис. 25). Пройдя между лопастями сложной пространственной изогнутой формы, вода отдает энергию ротору, заставляя его вращаться.

Рис.25. Радиально-осевая (турбина Френсиса)

Рис.25-1. Радиально-осевая (турбина Френсиса), внешний вид

Для правильной и равномерной подачи воды по всей окружности рабочего колеса, оно окружено спиральной камерой (рис. 26). Между спиральной камерой и колесом помещается направляющий аппарат, состоящий из лопастей, направляющих воду на рабочее колесо турбины под нужным углом. Лопасти направляющего аппарата могут быть выполнены поворотными для изменения расхода воды и наилучшего направления потока на лопасти рабочего колеса (рис. 27). Это повышает КПД турбины на нерасчетных режимах. Направляющий аппарат может быть оснащен системой ручной регулировки, так и автоматической.

Рис.26. Схема спиральной камеры и направляющего аппарата турбины Френсиса

Рис.27. Турбина Френсиса с направляющим аппаратом с ручной регулировкой

В радиально-осевых турбинах существует опасность гидравлического удара в напорном трубопроводе. При аварии генератора или резком падении нагрузки направляющие лопатки уменьшают расход воды, и в напорном трубопроводе возникает гидравлический удар, который может привести к разрыву трубопровода. Для предотвращения аварий радиально-осевые турбины снабжают предохранительным холостым выпуском, сбрасывающим воду из спиральной камеры в нижний бьеф при скачках давления.

Для высоконапорных радиально-осевых турбин важно уменьшить возможные утечки воды мимо лопастей рабочего колеса. Это достигается высокой точностью изготовления сопрягаемых деталей и специальными уплотнениями, уменьшающими потери напора.

После прохождения рабочего колеса вода поступает в отсасывающую трубу, имеющую конусную форму. Проходя по отсасывающей трубе, вода увеличивает свое сечение и замедляется, что приводит к уменьшению кинетической энергии бесполезно уходящей с отработанной водой. Кроме того отсасывающая труба позволяет располагать гидроагрегаты значительно выше нижнего бьефа воды, что удобно для строительства здания ГЭС.

Для производства турбин применяются специальные высокоизносостойкие сорта сталей, обеспечивающих долговременную и надежную работу турбин.

Ковшовые турбины (Турбины Пелтона)

Этот тип турбин применяют при больших напорах. Напорный трубопровод заходит в здание гидроэлектростанции и заканчивается соплом, направляющим струю на рабочее колесо турбины. Струя воды, вылетающая из сопла, прокатывается по вогнутой поверхности ковша и изменяет направление своего движения на противоположное (рис. 28).

Рис.28. Схема ковша (ковшовая турбина Пелтона)

Рис.28-1. Рабочее колесо (ковшовая турбина Пелтона)

Максимальный КПД будет в том случае, когда отразившаяся от ковша струя имеет нулевую скорость по отношению к корпусу. Это достигается, как показывает анализ, при окружной скорости ковша равной половине скорости струи.

Ковши в турбине делают спаренными и струю подают на стык ковшей для компенсации осевых усилий на подшипники ротора. Сопло турбины служит для регулировки количества поступающей воды. Игла, перемещаемая внутри сопла, меняет сечение канала и расход воды, поступающий на колесо турбины (рис. 29).

Рис.29. Схема сопла с игольчатым клапаном (ковшовая турбина Пелтона)

Кроме сопла для регулировки параметров турбины применяют дефлектор, представляющий собой препятствие, находящееся между соплом и ковшом, которое отклоняет струю и уменьшает силу воздействия струи на ротор гидроагрегата. Дефлектор позволяет избежать гидравлических ударов при регулировании турбины. При регулировании струи только иглой в случае резкого падения электрической нагрузки в сети игла перекрывает выход воды, что вызывает гидравлический удар в трубопроводе, и возможность его повреждения. Отработанная вода стекает в нижний бьеф. Поэтому для уменьшения потерь напора сопло и турбина должна располагаться как можно ниже к уровню стока. Корпус турбины служит для защиты от брызг помещения гидроэлектростанции и делается больших размеров, чтобы отраженная от корпуса вода не попадала назад на ротор и не уменьшала КПД установки.

В ковшовых турбинах часто устанавливают несколько сопел разнесенных по окружности рабочего колеса, что уменьшает нагрузки на опоры вращения (рис. 30).

Современное гидротурбостроение развивается с учетом следующих основных тенденций:

• повышения экономичности и надежности в эксплуатации;
• увеличения быстроходности гидротурбин с целью обеспечения требуемой расчетной мощности при меньших габаритах и весах гидроагрегатов, что обеспечивает снижение стоимости энергетического оборудования и здания ГЭС;
• улучшения энергетических характеристик гидротурбин и повышения среднего эксплуатационного КПД агрегатов при работе при нерасчетных нагрузках и напоре;
• уменьшения пульсаций давления в проточной части (особенно за рабочим колесом радиально-осевой гидротурбины) и сопутствующих им вибраций агрегата;
• гидроагрегатов;
• применение на ГЭС мощных гидроагрегатов позволяет уменьшить их число, повысить КПД и снизить стоимость энергетического оборудования и здания;
• дальнейшего роста единичных мощностей.

Рис.30. Турбина Пелтона с двумя соплами

Передаточные устройства

Передаточные устройства необходимы для передачи вращательной энергии от турбины к генератору. Некоторые конструкции микро ГЭС предусматривают прямую передачу энергии посредством вала (рабочее колесо и ротор генератора находятся на одном валу). Другие системы передачи (ременные или редукторные), могут, как изменять передаточное число вращения рабочего колеса к ротору генератора, так и передавать его без изменений.

Авторы: Картанбаев Б.А., Жумадилов К.А., Зазульский А.А.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Дисплеи Mirasol нового поколения от Qualcomm 02.06.2013 Компания Qualcomm представила последние достижения в разработке Mirasol-экранов. Панели Mirasol используют технологию интерферометрической модуляции IMOD (Interferometric MODulation), суть которой сводится к формированию цветного изображения методом интерференции световых волн. Такие экраны позволяют отображать цветную картинку и демонстрировать анимацию. Qualcomm показала на мероприятии SID 2013 экран Mirasol с диагональю 1,6 дюйма, обладающий разрешением 600х600 точек. Эти панели в перспективе могут найти применение в "умных" часах. Кроме того, продемонстрирован Mirasol-экран нового поколения с диагональю 5,1 дюйма и разрешением 2560x1440 точек (577 пикселей на дюйм). Данная разработка рассчитана прежде всего на карманные ридеры и смартфоны.

Другие интересные новости:

▪ Солнечный вместо Wi-Fi

▪ Робот-растение

▪ Лазер с рекордными показателями стабильности

▪ Выставка домашних роботов

▪ Платиновая нитка для топливного элемента

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Сборка кубика Рубика. Подборка статей

▪ статья Пробный шар. Крылатое выражение

▪ статья Какие фрукты росли на библейском древе познания добра и зла? Подробный ответ

▪ статья Электротехнологический персонал при обслуживании АТС. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Резистивный генератор шума. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Простейшая подводная лодка. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026