Основы гидроэнергетики. Поворотно-лопастные турбины
Продолжая разговор о типах гидротурбин, сегодня мы познакомимся со второй по распространенности их разновидностью - поворотно-лопастными турбинами. Этот тип турбин наиболее эффективен при относительно небольших напорах - от 10 до 40 м; на более низких напорах используются также поворотно-лопастные турбины, но с горизонтальным валом (о них мы поговорим отдельно), на более высоких - радиально-осевые и диагональные турбины.
Рабочее колесо поворотно-лопастной турбины. Фото отсюда
Поворотно-лопастные турбины относительно молоды - им не исполнилось и ста лет. К началу 20 века, в мире использовались два типа гидротурбин: ковшовые на сверхвысоких напорах и радиально-осевые во всех остальных случаях. В то же время, радиально-осевые турбины, рассчитанные на небольшие напоры, имеют очень большие размеры и массу, а соответственно - и стоимость. Поисками более эффективных турбин занимались многие ученые, но успех пришел к австрийскому инженеру Виктору Каплану, запатентовавшему в 1912 году поворотно-лопастную турбину. Впрочем, на отработку технологии потребовалось еще 10 лет - первая турбина этого типа была установлена на ГЭС в 1922 году. Во всем мире эти турбины называют «Турбины Каплана».
Виктор Каплан и его изобретение. Фото отсюда
Конструктивно, поворотно-лопастная турбина сильно отличается от радиально-осевой. По своей форме, она очень напоминает гребной винт:
Фото отсюда
Особенностью турбины, обусловившей ее название, является возможность разворота лопастей (которых, к слову, может быть от 3 до 8 штук). Механизм разворота размещается во втулке рабочего колеса и приводится в действие давлением масла:
Поворот лопастей на оптимальный угол позволяет турбине сохранять высокий КПД при изменении напора. В то же время, возможности поворотно-лопастных турбин ограничены - при высоких напорах они теряют свою эффективность вследствие развития кавитации. Максимальные реализованные напоры составляют порядка 80 м.
Модель рабочего колеса Серебрянской ГЭС-1, расчетный напор 75 м. Фото отсюда
Иногда используются турбины с зафиксированными лопастями, которые называют пропеллерными. Такие турбины существенно дешевле в производстве, но эффективны лишь при одном напоре. Соответственно, используются они относительно редко, например в сильно зарегулированных реках или на деривационных ГЭС без водохранилищ (например, построенных на перепадах по трассам каналов).
Рабочее колесо пропеллерной турбины. Фото отсюда
Еще одна редко встречающаяся разновидность поворотно-лопастной турбины - так называемая двухперовая турбина, у которой не одно перо лопасти, а два:
В России таких турбин нет, они установлены на Капчагайской ГЭС в Казахстане.
Размеры рабочих колес поворотно-лопастных турбин, особенно работающих одновременно на небольших напорах и больших расходах, могут быть очень велики. Так, рабочие колеса турбин Саратовской ГЭС при мощности в 60 МВт и напоре 9,7 м имеют диаметр 10,3 м.
Монтаж гидротурбины Саратовской ГЭС. Фото отсюда
В нашей стране развитию поворотно-лопастных турбин уделялось большое внимание. Первые турбины этого типа были установлены на Нижнесвирской ГЭС в 1933 году, и кстати две из них работают до сих пор. Турбины позднее построенных Угличской и Жигулевской ГЭС на момент их пуска были крупнейшими в мире.
Турбина Жигулевской ГЭС. Фото отсюда
Одними из крупнейших в мире поворотно-лопастными турбинами являются турбины сербско-румынской ГЭС Джердап I на Дунае, изготовленные на Ленинградском металлическом заводе. Их мощность составляет около 200 МВт.
ГЭС Джердап I. Фото отсюда
Ну а крупнейшие в мире турбины этого типа установлены на ГЭС Токома на р.Карони, Венесуэла. Их мощность - 235 МВт (мощность генератора - 216 МВт). На фотографии - обработка лопасти турбины этой ГЭС. Фото отсюда
А вот на малых ГЭС поворотно-лопастные турбины применяют не так часто, вместо них используют пропеллерные турбины.
Рабочее колесо поворотно-лопастной турбины. Фото отсюда
Поворотно-лопастные турбины относительно молоды - им не исполнилось и ста лет. К началу 20 века, в мире использовались два типа гидротурбин: ковшовые на сверхвысоких напорах и радиально-осевые во всех остальных случаях. В то же время, радиально-осевые турбины, рассчитанные на небольшие напоры, имеют очень большие размеры и массу, а соответственно - и стоимость. Поисками более эффективных турбин занимались многие ученые, но успех пришел к австрийскому инженеру Виктору Каплану, запатентовавшему в 1912 году поворотно-лопастную турбину. Впрочем, на отработку технологии потребовалось еще 10 лет - первая турбина этого типа была установлена на ГЭС в 1922 году. Во всем мире эти турбины называют «Турбины Каплана».
Виктор Каплан и его изобретение. Фото отсюда
Конструктивно, поворотно-лопастная турбина сильно отличается от радиально-осевой. По своей форме, она очень напоминает гребной винт:
Фото отсюда
Особенностью турбины, обусловившей ее название, является возможность разворота лопастей (которых, к слову, может быть от 3 до 8 штук). Механизм разворота размещается во втулке рабочего колеса и приводится в действие давлением масла:
Поворот лопастей на оптимальный угол позволяет турбине сохранять высокий КПД при изменении напора. В то же время, возможности поворотно-лопастных турбин ограничены - при высоких напорах они теряют свою эффективность вследствие развития кавитации. Максимальные реализованные напоры составляют порядка 80 м.
Модель рабочего колеса Серебрянской ГЭС-1, расчетный напор 75 м. Фото отсюда
Иногда используются турбины с зафиксированными лопастями, которые называют пропеллерными. Такие турбины существенно дешевле в производстве, но эффективны лишь при одном напоре. Соответственно, используются они относительно редко, например в сильно зарегулированных реках или на деривационных ГЭС без водохранилищ (например, построенных на перепадах по трассам каналов).
Рабочее колесо пропеллерной турбины. Фото отсюда
Еще одна редко встречающаяся разновидность поворотно-лопастной турбины - так называемая двухперовая турбина, у которой не одно перо лопасти, а два:
В России таких турбин нет, они установлены на Капчагайской ГЭС в Казахстане.
Размеры рабочих колес поворотно-лопастных турбин, особенно работающих одновременно на небольших напорах и больших расходах, могут быть очень велики. Так, рабочие колеса турбин Саратовской ГЭС при мощности в 60 МВт и напоре 9,7 м имеют диаметр 10,3 м.
Монтаж гидротурбины Саратовской ГЭС. Фото отсюда
В нашей стране развитию поворотно-лопастных турбин уделялось большое внимание. Первые турбины этого типа были установлены на Нижнесвирской ГЭС в 1933 году, и кстати две из них работают до сих пор. Турбины позднее построенных Угличской и Жигулевской ГЭС на момент их пуска были крупнейшими в мире.
Турбина Жигулевской ГЭС. Фото отсюда
Одними из крупнейших в мире поворотно-лопастными турбинами являются турбины сербско-румынской ГЭС Джердап I на Дунае, изготовленные на Ленинградском металлическом заводе. Их мощность составляет около 200 МВт.
ГЭС Джердап I. Фото отсюда
Ну а крупнейшие в мире турбины этого типа установлены на ГЭС Токома на р.Карони, Венесуэла. Их мощность - 235 МВт (мощность генератора - 216 МВт). На фотографии - обработка лопасти турбины этой ГЭС. Фото отсюда
А вот на малых ГЭС поворотно-лопастные турбины применяют не так часто, вместо них используют пропеллерные турбины.