Гидравлические турбины

Гидравлические турбины в соответствии со стандартной классификацией относятся к гидравлическим лопастным двигателям. Предшественниками гидравлических турбин являются водяные колеса, которые на протяжении почти двух тысяч лет до появления паровых машин и двигателей внутреннего сгорания были основными энергетическими машинами. Полезная мощность турбины подсчитывается по формуле

,

где Q – расход жидкости; Н – напор; – коэффициент полезного действия. Коэффициент полезного действия гидравлических турбин достаточно высок и составляет 0,90 – 0,95.

Турбина состоит из трех основных элементов: рабочего колеса с лопастями, подводящего устройства и отводящего устройства. В гидродинамических передачах подводящее и отводящее устройства могут отсутствовать. В гидроэнергетике используются четыре типа турбин (см. рис. 4.6). При небольших напорах (до 70 метрах) применяются осевые турбины (г). Диагональные турбины (в) предназначаются для диапазона напоров от 40 до 200 метров. Радиально-осевые турбины (б) имеют широкий диапазон изменения напоров: от 50 до 700 метров. Ковшовые турбины (а) с безнапорным потоком в рабочем колесе используются в горных местностях с большими располагаемыми напорами (от 400 до 2000 метров). В различных гидравлических агрегатах используются все упомянутые типы турбин.

На гидроэлектростанциях турбины используются для привода электрических генераторов. Во многих случаях неподвижные элементы гидравлических турбин представляют собой одно целое с блоком здания гидроэлектростанции (ГЭС). Красноярская ГЭС является одной из крупнейших в мире. Ее радиально-осевые турбины имеют наружный диаметр 7,5 метров. При напоре 100 метров и расходе воды 600 м³/с каждый агрегат имеет мощность 500 МВТ и КПД 0,92. Поворотнолопастные осевые турбины с вертикальной осью имеют еще большее значение диаметра (свыше 10 метров).

Рис. 4.6. Гидравлические турбины

В настоящее время повсеместно распространены большие гидростанции: так, в США лишь 11 % мощности всех гидростанций приходятся на долю ГЭС с мощностью менее 30 МВт. Однако в наши дни строительство больших электростанций встречает большое сопротивление со стороны экологов. Гидроэлектростанции относятся к возобновляемым источникам энергии. Однако они выводят большие площади земель из естественной экосистемы. Малые гидростанции в этом отношении являются более привлекательными. Они работают при напорах от двух и менее метров и имеют мощность до 2 МВт. Для уменьшения эксплуатационных расходов такие станции обычно являются полностью автоматизированными.