Схема конструкции вертикальной радиально-осевой турбины в значи-тельной степени аналогична схеме поворотно-лопастной турбины.

 

 

 

 

Рисунок 11.2. Рабочее колесо радиально-осевой турбины

 

Вода к турбине подводится, как правило, по спиральной турбинной каме-ре круглого сечения. Далее вода проходит через статор и направляющий аппа-рат описанной выше конструкции. Рабочее колесо (рисунок 11.2) имеет ступи-цу 1, нижний обод 2, между которыми расположено от 14 до 22 лопастей 3. Они имеют сложную поверхность двоякой кривизны. В средних и крупных турбинах колеса бывают цельнолитыми. Особенно крупные рабочие колеса, которые целиком невозможно транспортировать, делают разъемными и собирают при монтаже на месте установки. Лопасти для малых турбин изготавливают методом штамповки и затем жестко соединяют с чугунной ступицей и нижним ободом.

 

Поскольку лопасти рабочего колеса не могут поворачиваться, КПД радиально-осевой турбины при отклонении режима ее работы от оптимального снижается больше, чем у поворотно-лопастной турбины.

 

При высоких напорах и скоростях течения воды поверхности рабочих ко-лес интенсивно изнашиваются, поэтому их изготавливают из углеродистой ста-ли повышенной прочности или из нержавеющей стали.

 

С увеличением напора форма рабочего колеса меняется: отношение вы-ходного диаметра к входному и относительная высота направляющего аппарата уменьшается.

 

За номинальный диаметр рабочего колеса D₁ принимается наибольший диаметр расположения входных кромок рабочего колеса.

 

Для уменьшения перетока воды между вращающимся рабочим колесом и неподвижной камерой рабочего колеса предусматриваются специальные устройства. Так, для турбин Красноярской ГЭС применено щелевое уплотне-ние, имеющее очень небольшой радиальный зазор между вращающимися и не-

 

подвижными частями (1-1,5 мм). В высоконапорных турбинах (Н > 100 150 м) для этих целей применяются лабиринтные уплотнения.

 

Диагональные гидротурбины

 

Диагональная поворотно-лопастная турбина (рисунок 11.3) является про-межуточным типом между радиально-осевыми и повортно-лопастными турбинами и может найти применение при напорах 30-200 м. В этой турбине сочетаются положительные качества поворотно-лопастных турбин, сохраняющих высокий КПД при разных режимах работы, с хорошими кавитационными свойствами радиально-осевых турбин.

 

Такая турбина в СССР была предложена профессором В.С. Квятковским

 

в 1950 году. Ее характерная особенность – наклонное под углом к оси турбины расположение поворотных лопастей 5 рабочего колеса (рисунок 11.3). Вследствие этого проточный тракт турбины получается спрямленным (нет поворота закрученного потока в предлопастном пространстве). Кольцевой поток за рабочим колесом сливается плавно в цилиндрический, не образуя под коротким обтекателем зоны с водоворотом и обратными скоростями. При одинаковых напорах и диаметрах диагональная турбина пропускает большой расход и дает большую мощность, и у нее почти на 50% больше частота вращения, что удешевляет генератор. Конструкция такой турбины разработана на ЛМЗ для Бухтарминской ГЭС. При напоре Н=61 м она развивает мощность 77 000 кВт. Натуральные испытания, проведенные в 1968 г., когда диагональная турбина проработала на Бухтарминской ГЭС около 10 000 ч, показали, что ее КПД выше, чем радиально-осевой, а рабочая характеристика получается более пологой. Но в кавитационном отношении диагональная турбина несколько хуже радиально-осевой.

 

 

 

 

Рисунок 11.3. Диагональная поворотно-лопастная турбина

 

Угол наклона осей поворотных лопастей рабочего колеса к оси турбины у диагональных турбин может быть 60^о, 45^о и 30^о. При угле 60^о турбина стано-вится быстроходной и ее следует применять для напоров 30-60 м; при угле 45^о диагональная турбина средней быстроходности предназначается для напоров 60-120 м, а тихоходные турбины с углом 30^о – для напоров 120-200 м.

Ковшовые турбины

 

Наиболее распространенными из активных гидравлических турбин являются ковшовые. Значительно реже и только для малых мощностей применяются наклонно-струйные и двукратные турбины.

 

На рисунке 11.4 приведена схема горизонтальной ковшовой турбины. Во-да подводится к турбине по напорному трубопроводу 1, имеющему в конце сопло 2. Из сопла струя воды с большой скоростью попадает на лопасти (ков-ши) 4 рабочего колеса. Сходящая с рабочего колеса вода попадает в отводящий канал. Колесо вращается на горизонтальном валу 5, соединяющем его с генера-тором. Расход воды регулируется с помощью выдвижной иглы 7, расположен-ной в сопле, и отсекателя 3. Вся турбина заключена в кожух 6.

 

 

Рисунок 11.4. Схема устройства горизонтальной ковшовой турбины

 

Рабочее колесо ковшовой турбины состоит из диска со ступицей,к кото-рому прикрепляют от 14 до 60 ковшей. Когда диск, ступица и ковши отлиты вместе, колесо называется цельнолитным. У крупных турбин ковши отливают отдельно и крепят болтами. На один горизонтальный вал можно насаживать не более трех колес.

 

Ковш (рисунок 11.5) имеет вид двух спаренных полуэллипсоидальных поверхностей, в месте соприкосновения образующих общее лезвие. Струя воды круглого сечения рассекается этим лезвием пополам, и обе половины растека-ются в разные стороны. Вода сходит с ковша с небольшой абсолютной скоро-стью, а направление движения воды меняется почти на противоположное начальному.

 

 

Рисунок 11.5. Схема ковша

 

Регулирование речного стока