Какие типы турбин используются в гидроэнергетике?

Существует два основных типа гидротурбин: реактивные и активные.

Тип гидротурбины, выбранный для проекта, зависит от высоты стоячей воды (называемой «напором») и расхода, или объема воды за единицу времени, на объекте. Другие решающие факторы включают глубину установки турбины, КПД турбины и стоимость.

Вот некоторые из наиболее распространенных турбин, используемых сегодня в мире.

• Реактивная турбина

Реактивная турбина вырабатывает энергию за счет комбинированных сил давления и движущейся воды. Рабочее колесо помещается непосредственно в поток воды, позволяя воде протекать через лопасти, а не ударять каждую по отдельности. Реактивные турбины обычно используются для объектов с низким напором и высоким расходом и являются наиболее распространенным типом, используемым в настоящее время в проектах гидроэнергетики.

Два наиболее распространенных типа реактивных турбин — это пропеллерные (включая Каплан) и Фрэнсиса. Кинетические турбины также являются типом реактивных турбин.

Пропеллерная турбина: Пропеллерная турбина обычно имеет рабочее колесо с тремя-шестью лопастями. Вода постоянно контактирует со всеми лопастями. Представьте себе гребной винт лодки, работающий в трубе. Давление в трубе постоянно; если бы это было не так, рабочее колесо было бы неуравновешенным. Угол наклона лопастей может быть фиксированным или регулируемым. Основные компоненты, помимо рабочего колеса, — это спиральный корпус, направляющий аппарат и отсасывающая труба. Существует несколько различных типов пропеллерных турбин:

Бульбовая турбина: Турбина и генератор представляют собой герметичный блок, расположенный непосредственно в потоке воды.

Турбина Каплана: Как лопасти, так и направляющий аппарат регулируются, что обеспечивает более широкий диапазон работы.

Турбина Фрэнсиса: Турбина Фрэнсиса была первой современной гидротурбиной и была изобретена англо-американским инженером Джеймсом Фрэнсисом в 1849 году. Турбина Фрэнсиса имеет рабочее колесо с фиксированными лопастями, обычно девятью или более. Вода подается непосредственно над рабочим колесом и вокруг него, а затем проходит вниз, заставляя лопасти вращаться. Помимо рабочего колеса, другие основные компоненты включают спиральный корпус, направляющий аппарат и отсасывающую трубу. Турбины Фрэнсиса обычно используются для напоров от среднего до высокого (от 130 до 2000 футов), хотя они использовались и для более низких напоров. Турбины Фрэнсиса хорошо работают как в горизонтальной, так и в вертикальной ориентации.

• Активная турбина

Активная турбина обычно использует скорость воды для перемещения рабочего колеса и сбрасывает воду при атмосферном давлении. Поток воды ударяет по каждому ковшу на рабочем колесе. Без всасывания с нижней стороны турбины вода вытекает из нижней части корпуса турбины после удара по рабочему колесу. Активная турбина обычно подходит для применений с высоким напором и низким расходом. Два основных типа активных турбин — это турбины Пелтона и поперечно-поточные турбины.

Турбина Пелтона: Турбина Пелтона была изобретена американским изобретателем Лестером Алланом Пелтоном в 1870-х годах. Колесо Пелтона имеет один или несколько свободных струй, подающих воду в аэрированное пространство и ударяющих по ковшам рабочего колеса. Турбины Пелтона обычно используются для очень высоких напоров и низких расходов. Отводящие трубы не требуются для активной турбины, поскольку рабочее колесо должно располагаться выше максимального уровня нижнего бьефа, чтобы обеспечить работу при атмосферном давлении.

турбина Ту́рго: является разновидностью активной турбины и подходит для напоров от 50 до 250 м, находясь между турбиной Фрэнсиса и турбиной Пелтона.
Особенностью является угол 22,5°, образующийся между центральной линией струи из сопла и плоскостью вращения рабочего колеса. Вода из напорного трубопровода через сопло преобразуется в высокоскоростную струю. Вода направляется косо к одной стороне рабочего колеса и вытекает с другой. Динамическая сила потока воды заставляет рабочее колесо быстро вращаться.

Поперечно-поточная турбина: Оригинальная поперечно-поточная турбина была разработана австрийским инженером Энтони Мичеллом в начале 1900-х годов. Позже венгерский инженер Донат Банки усовершенствовал ее, а затем немецкий инженер Фриц Оссбергер еще больше улучшил. Поперечно-поточная турбина имеет барабанную форму и использует удлиненное прямоугольное сопло, направленное на изогнутые лопатки цилиндрического рабочего колеса. Она напоминает вентилятор «беличье колесо». Поперечно-поточная турбина позволяет воде проходить через лопасти дважды. При первом проходе вода течет снаружи лопастей внутрь; второй проход идет изнутри обратно наружу. Направляющий аппарат на входе в турбину направляет поток в ограниченную часть рабочего колеса. Поперечно-поточная турбина была разработана для работы с большими расходами воды и более низкими напорами, чем те, с которыми может справиться турбина Пелтона.