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:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Ветроэлектрогенератор с лазером 05.05.2010 Датский инженер Торбен Миккельсен предложил снабжать ветродвигатели лазерным устройством, измеряющим скорость ветра на расстоянии 200 метров впереди турбины. Тогда компьютер сможет поворачивать лопасти турбины вокруг их осей, изменяя угол атаки лопастей и добиваясь наиболее эффективной конфигурации турбины для каждого порыва ветра. Инфракрасный лазер устанавливается в центре ступицы, на которой укреплены лопасти. Опыты показали, что эффективность выработки электроэнергии возрастает на 5%, уменьшается износ и увеличивается срок службы лопастей и генератора.

Другие интересные новости:

▪ Капсула SpaceX впервые использована повторно

▪ Океан превращается в пластик

▪ Приемник беспроводного питания Toshiba TC7761WBG

▪ Tesla выпустит электромобиль-амфибию

▪ Машины в колонне едут на автопилоте

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Интересные факты. Подборка статей

▪ статья Ферма Пьер. Биография ученого

▪ статья Могут ли бабочки помнить события, произошедшие с ними на стадии гусеницы? Подробный ответ

▪ статья Мастер участка основного производства. Должностная инструкция

▪ статья Допустимый длительный ток для кабелей с алюминиевыми жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Чудо-свисток. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026