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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Рок-музыка повышает точность и скорость хирургов 06.12.2025 Музыкальное сопровождение во время операций давно практикуется многими хирургами, однако недавно ученые из Технического университета Дрездена (Германия) показали, что определенные композиции способны не только снижать стресс, но и напрямую улучшать точность и скорость работы хирургов. Исследователи провели эксперимент, оценивая влияние рок-музыки на профессиональные навыки врачей. Для этого они использовали известные хиты группы AC/DC, включая "Highway To Hell" и "T.N.T.", и выяснили, что при их прослушивании время, необходимое для выполнения разреза, сократилось с 236 секунд до 139, а точность разреза увеличилась в среднем на 5%. Кроме того, наблюдалось, что популярные композиции The Beatles, такие как "Hey Jude" и "Let It Be", ускоряли процесс зашивания ран почти на 50%. При этом исследователи отмечают, что эффект зависел от громкости: если песни звучали слишком громко, положительное влияние музыки терялось. Эксперты объясняют такой эффект тем, что музыка снижает стресс, расслабляет мышцы и уменьшает артериальное давление. Все это создает оптимальные условия для высокой концентрации и точных движений хирурга. Цуй Янг, руководитель исследовательской группы, подчеркнул, что музыкальное сопровождение активирует работоспособность и позволяет быстрее и аккуратнее выполнять сложные процедуры. Особенно интересны результаты по хард-року. Для энергичных композиций положительный эффект был заметнее при повышенной громкости, что указывает на возможность индивидуальной настройки музыкального сопровождения в операционной в зависимости от типа процедуры и личных предпочтений хирурга. Ученые также отметили, что как софт-рок, так и хард-рок оказывают положительное влияние на работу хирургов, однако для каждой категории музыки существуют свои оптимальные условия воспроизведения. Понимание этих нюансов может помочь в разработке стандартов акустической среды в операционных. Эксперимент демонстрирует, что музыка может быть эффективным инструментом повышения профессиональной эффективности, дополняя традиционные методы подготовки и тренировки врачей. Она способствует улучшению когнитивных и моторных навыков, создавая благоприятную атмосферу для точной работы.

Другие интересные новости:

▪ Птичье пение меняется из-за шума автомобилей

▪ Сверхманевренный спутник Tsubame

▪ Сканирующая фоторамка

▪ На Марсе найдены органические молекулы

▪ Контактные линзы для дополненной реальности

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Интересные факты. Подборка статей

▪ статья Клин - с гарантией. Советы домашнему мастеру

▪ статья Как передается пространство в живописи и графике? Подробный ответ

▪ статья Лазящий панданус. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Солнечные коллекторы и их использование. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Индикатор для зарядки шуруповерта 14,4 вольт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026