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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Смоделировано происхождение Луны 10.12.2020 Гипотезу о происхождении спутника Земли в результате столкновения двух планет проверили с помощью нового алгоритма. Британские ученые полагают, что Луна могла образоваться около 4,5 миллиарда лет назад в результате столкновения Земли с гипотетической планетой Тейя. Тейя - гипотетическая планета, образовавшаяся 4,6 миллиарда лет назад, как и другие планеты Солнечной системы, которая могла иметь схожий с Марсом размер. Она названа в честь Тейи - одной из сестер-титанид в древнегреческой мифологии, матери Гелиоса, Эос и Селены (богини Луны). Интерес к теории удара вырос из-за недавнего обнаружения неоднородности изотопов кислорода в лунных образцах. Специалисты смоделировали предполагаемое столкновение между прото-Землей и Тейей и изучили влияние различных скоростей вращения гипотетической планеты на удар, образующий Луну. Подчеркивается, что выводы не являются окончательным доказательством происхождения Луны, однако являются важным этапом в понимании того, как мог образоваться спутник Земли.

Другие интересные новости:

▪ Дизтопливо из сахара

▪ Система головного освещения Ford Glare-Free Highbeam

▪ Кухонный планшет Sony Xperia Tablet Z Kitchen Edition

▪ В жару не до любви

▪ Ученые сравнили сэндвичи с радиацией

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Применение микросхем. Подборка статей

▪ статья Книга есть жизнь нашего времени. Крылатое выражение

▪ статья Что такое эль? Подробный ответ

▪ статья Мята колосистая. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Свинцовый линолеат. Простые рецепты и советы

▪ статья Три кучки спичек. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025