Большая Советская энциклопедия II

ГИДРОТУРБИНА

гидравлическая турбина, водяная турбина, ротационный двигатель, преобразующий механическую энергию воды (её энергию положения, давления и скоростную) в энергию вращающегося вала. По принципу действия Г. делятся на активные и реактивные. Основным рабочим органом Г., в котором происходит преобразование энергии, является рабочее колесо. Вода подводится к рабочему колесу в активных Г. через сопла, в реактивных — через направляющий аппарат. В активной Г. (рис. 1) вода перед рабочим колесом и за ним имеет давление, равное атмосферному. В реактивной Г. (рис. 2) давление, воды перед рабочим колесом больше атмосферного, а за ним может быть как больше, так и меньше атмосферного давления.
Первая реактивная Г. была изобретена в 1827 французским инженером Б. Фурнероном; эта Г. имела на рабочем колесе мощность 6л. с., но из-за плохих энергетических свойств подобные. Г. уже не применяются. В 1855 американский инженер Дж. Френсис изобрёл радиально-осевое рабочее колесо Г. с неповоротными лопастями, а в 1887 немецкий инженер Финк предложил направляющий аппарат с поворотными лопатками (см. Радиально-осевая гидротурбина.). В 1889 американский инженер А. Пелтон запатентовал активную — ковшовую гидротурбину (См. Ковшовая гидротурбина), в 1920 австрийский инженер В. Каплан получил патент на поворотнолопастную гидротурбину (См. Поворотно-лопастная гидротурбина). Радиально-осевые, поворотнолопастные и ковшовые Г. широко применяются для выработки электрической энергии (см. Гидроэнергетика).
Для расчёта профиля лопасти рабочего колеса Г., вращающегося с постоянной угловой скоростью, используется уравнение (рис. 3):
гдеН— рабочий напор Г., т. е. запас энергии 1кгводы (разность отметок горизонтов воды перед входом в сооружения гидравлической силовой установки и по выходе из них за вычетом потерь на сопротивление во всех сооружениях, но без вычета потерь в самой Г.);U1иU2— окружные скорости лопастей на входе воды в рабочее колесо и на выходе из него,м/сек;V1иV2— абсолютные скорости воды на входе и выходе,м/сек; (α1иα2— углы между направлениями окружных и абсолютных скоростей в точках, соответствующих осереднённой по энергии поверхности тока,град;g— ускорение свободного падения,м/сек2.
В левую часть уравнения вводится множительηr, являющийся гидравлическим кпд гидротурбины. Часть мощности, полученная колесом, расходуется на преодоление механических сопротивлений, эти потери учитываются механический кпд гидротурбинη0. Утечка воды в обход рабочего колеса учитывается объёмным кпд гидротурбины.
Полный кпд гидротурбиныη = ηг· ηm· η0— отношение полезной мощности, отдаваемой турбинным валом, к мощности пропускаемой через Г. воды. В современной Г. полный кпд равен 0,85—0,92; при благоприятных условиях работы лучших образцов Г. он достигает 0,94—0,95.
Геометрические размеры Г. характеризуются номинальным диаметром Д, рабочего колеса. Г. разных размеров образуют турбинную серию, если обладают однотипными рабочими колёсами и геометрическими подобными элементами проточной части. Определив необходимые параметры одной из Г. данной серии, можно подсчитать, пользуясь формулами подобия, те же параметры для любой гидравлической турбины этой серии (см. Моделирование гидродинамическое и аэродинамическое). Каждую турбинную серию характеризует коэффициент быстроходности, численно равный частоте вращения вала Г., развивающей при напоре 1ммощность 0,7355квт(1л. с.). Чем больше этот коэффициент, тем больше частота вращения вала при заданных напоре и мощности. Г. и электрический генератор обходятся дешевле при увеличении частоты их вращения, поэтому стремятся строить Г. с возможно большим коэффициентом быстроходности. Однако в реактивных Г. этому препятствует явление кавитации (См. Кавитация), вызывающее вибрацию агрегата, снижение кпд и разрушение материала Г.
Графики, выражающие зависимости величин, характеризующих Г., называются турбинными характеристиками. Нарис. 4представлены характеристики Г. при постоянном напоре и частоте вращения колеса, но при различных нагрузках и расходе воды. В реальных условиях Г. работают при меняющемся напоре; их поведение в этом случае изображается универсальными характеристиками для модели и эксплуатационными характеристиками — для натурной Г. Универсальные характеристики строятся на основании лабораторных исследований модели, проточная часть которой геометрически подобна натурной.
Характеристики поворотнолопастных и радиально-осевых гидротурбин, выпускаемых в СССР
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
|Марка пово-||Число||Марка|||
|ротнолопаст-ной|Напор,м|лопа-|Мощность,|радиально-|Напор,м|Мощность,|
|гидротурбины||стей|Mвт|осевой||Мвт|
|||||гидротурбины|||
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|ПЛ-10|3-10|4|0,6-49|РО-45|30-45|6,5-265|
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|ПЛ-15|5-15|4|1.3-88|PО–7 5|40-75|9,7-515|
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|ПЛ-20|10-20|4|3.3-115|PO-115|70-115|21.5-810*|
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|ПЛ-ЗО|15-30|5|6-180|PO-170|110-170|34-900*|
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|ПЛ-40|20-40|6|8,2-245|PO-230|160-230|29.5-920*|
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|ПЛ-50|30-50|7|13-280|PO-310|220-310|31-485|
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|ПЛ-60|40-60|8|15-315|PO-400|290-400|31-280|
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|ПЛ-70|45-70|8|15.8-350|PO-500|380-500|33-195|
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|ПЛ-80|50-80|8|17-385||||
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
* Верхний предел показывает мощности, технически возможные. К 1970 максимальная единичная мощность работающих гидроагрегатов достигла 500Мвт.
На универсальных характеристиках (рис. 5), исходя из условий моделирования, в координатах приведённых величин расходаQ'1л/секи частоты вращенияη'1об/мин(характерных для Г. данной серии диаметром рабочего колеса 1м, работающих при напоре 1м) наносятся изолинии равных кпдη%, коэффициент кавитацииσи открытия направляющего аппаратаa0. Эксплуатационные характеристики (рис. 6) строятся на основании универсальных и показывают зависимость кпд натурной турбиныη% от нагрузкиN Мвми напораНмпри номинальной частоте вращения турбиныn= const. Здесь же обычно наносят линию ограничения мощности, выражающую зависимость гарантированной мощности от напора. На этих же характеристиках изображают линии равных допустимых высот отсасыванияHSм, показывающих заглубление рабочего колеса Г. под уровень воды в нижнем бьефе (разность отметок расположения рабочего колеса и уровня нижнего бьефа).
Проточная часть реактивных Г. состоит из следующих основных элементов (рис. 7): спиральной камеры гидротурбины 1 (См. Спиральная камера гидротурбины); направляющего аппарата2, регулирующего расход воды; рабочего колеса3и отсасывающей трубы 4, отводящей воду от Г. Реактивные Г. по направлению потока в рабочем колесе делятся на осевые и радиально-осевые. По способу регулирования мощности реактивные Г. бывают одинарного и двойного регулирования. К Г. одинарного регулирования относятся Г., содержащие направляющий аппарат с поворотными лопатками, через который вода подводится к рабочему колесу (регулирование в этих Г. производится изменением угла поворота лопаток направляющего аппарата), и лопастнорегулируемые Г., у которых лопасти рабочего колеса могут поворачиваться вокруг своих осей (регулирование в этих Г. производится изменением угла поворота лопастей рабочего колеса). Г. двойного регулирования содержат направляющий аппарат с поворотными лопатками и рабочее колесо с поворотными лопастями. Поворотнолопастные Г., применяемые на напоры до 150м, могут быть осевыми и диагональными гидротурбинами (См. Диагональная гидротурбина). Разновидностью осевых являются двухперовые, в которых на каждом фланце размещаются по две лопасти вместо одной. Радиально-осевые Г. одиночного регулирования применяют на напоры до 500—600м. Активные Г. строят преимущественно в виде ковшовых Г. и применяют на напоры выше 500—600м; их делят на парциальные и непарциальные. В парциальных Г. вода к рабочему колесу подводится в виде струй через одно или несколько сопел и поэтому одновременно работает одна или несколько лопастей рабочего колеса. В непарциальных Г. вода подводится одной кольцевой струей и поэтому одновременно работают все лопасти рабочего колеса. В активных Г. отсасывающие трубы и спиральные камеры отсутствуют, роль регулятора расхода выполняют сопловые устройства с иглами, перемещающимися внутри сопел и изменяющими площадь выходного сечения. Крупные Г. снабжаются автоматическими регуляторами скорости.
По расположению вала рабочего колеса Г. делятся на вертикальные, горизонтальные и наклонные. Сочетание. Г. с Гидрогенератором называют Гидроагрегатом. Горизонтальные гидроагрегаты с поворотно-лопастными или пропеллерными Г. могут выполняться в виде капсульного гидроагрегата (См. Капсульный гидроагрегат).
Широкое распространение получили обратимые гидроагрегаты для гидроаккумулирующих и приливных электростанций, состоящие из насосо-турбины (гидромашины, способной работать как в насосном, так и в турбинном режимах) и двигателя-генератора (электромашины, работающей как в двигательном, так и в генераторном режимах). В обратимых гидроагрегатах применяются только реактивные Г. Для приливных электростанций используются капсульные гидроагрегаты.
В 1962 в СССР разработана номенклатура поворотнолопастных и радиально-осевых Г., в которой даются система типов и размеров Г. и их основные гидравлические и конструктивные характеристики (табл.). Эта номенклатура основана на закономерном изменении зависимостей геометрических и гидравлических параметров рабочих колёс от напора.
Основными тенденциями в развитии Г. являются: увеличение единичной мощности, продвижение каждого типа Г. в область повышенных напоров, совершенствование и создание новых типов Г., улучшение качества, повышение надёжности и долговечности оборудования. В СССР созданы и успешно работают Г. радиально-осевого типа мощностью 508Мвтна расчётный напор 93мс диаметром рабочего колеса 7,5мдля Красноярской ГЭС, разрабатываются Г. такого же типа для Саянской ГЭС (единичная мощность 650Мвт, расчётный напор 194м, диаметр рабочего колеса 6,5м).
Больших успехов в создании Г. достигли фирмы; «Хитати», «Мицубиси», «Тосиба» (Япония), «Нохаб» (Швеция), «Нейрпик» (Франция), «Инглиш электрик» (Великобритания), «Фойт» (ФРГ) и др. Например, японской фирмой «Тосиба» проектируются Г. для ГЭС Гранд-Кули-III единичной мощностью 600Мвтна напор 87мс диаметром рабочего колеса 9,7м.
Лит.:Шпанхаке В., Рабочие колёса насосов и турбин, пер. с нем., ч. 1, М.—Л., 1934; Турбинное оборудование гидроэлектростанций, под ред. А. А. Морозова. 2 изд., М. — Л., 1958; Ковалев Н. Н., Гидротурбины, М. — Л., 1961; Кривченко Г. И., Автоматическое регулирование гидротурбин, М. — Л., 1964; Tenot А., Turbines hydrauliques et régulateurs automatiques de vitesse, v. 1—4, P., 1930—35.
М. Ф. Красильников.
Рис. 1. Схема активной гидротурбины: а — рабочее колесо; б — сопла.
Рис. 2. Схема реактивной гидротурбины: а — рабочее колесо; б — направляющий аппарат.
Рис. 3. Треугольники скоростей на входе в рабочее колесо гидротурбины и на выходе из него.
Рис. 4. Характеристики гидротурбины при постоянном напоре и частоте вращения колеса: η — кпд; Q — расход воды; N — нагрузка гидротурбины.
Рис. 5. Универсальные характеристики для модели гидротурбины.
Рис. 6. Эксплуатационные характеристики для натурной гидротурбины.
Рис. 7. Проточная часть реактивной гидротурбины.

  1. гидротурбина—ГИДРОТУРБИНА гидравлическая турбина водяная турбина ротационный двигатель преобразующий механическую энергию воды е энергию положения давления и скоростную в энергию вращ...Большая советская энциклопедия
  2. гидротурбина—ж.turbina hidrulica hidroturbina f...Большой русско-испанский словарь
  3. гидротурбина—сущ. жен. рода...Большой русско-украинский словарь
  4. гидротурбина—см. Гидравлическая турбина.i...Большой энциклопедический политехнический словарь
  5. гидротурбина—то же что гидравлическая турбина....Большой энциклопедический словарь II
  6. гидротурбина—ГИДРОТУРБИНА то же что гидравлическая турбина....Большой энциклопедический словарь III
  7. гидротурбина—ГИДРОТУРБИНА то же что гидравлическая турбина....Большой Энциклопедический словарь V
  8. гидротурбина—ы ж.em Двигатель преобразующий энергию движущейся воды в энергию вращающегося вала.Синонимы турбина...Малый академический словарь
  9. гидротурбина—корень ГИДР соединительная гласная О корень ТУРБИН окончание А Основа слова ГИДРОТУРБИНВычисленный способ образования слова Сложение основ ГИДР соединительная гласна...Морфемный разбор слова по составу
  10. гидротурбина—Начальная форма Гидротурбина единственное число женский род именительный падеж неодушевленное...Морфологический разбор существительных
  11. гидротурбина—гидротурбина ж. Двигатель преобразующий энергию движущейся воды в энергию вращающегося вала гидравлическая турбина....Новый толково-словообразовательный словарь русского языка
  12. гидротурбина—гидротурбина гидротурбина ы...Орфографический словарь
  13. гидротурбина—u жu мн.u гидротурбины Р.u гидротурбин турбина...Орфографический словарь русского языка
  14. гидротурбина—гидротурбина...Орысша-қазақша «Көлік және қатынас жолдары» терминологиялық сөздік
  15. гидротурбина—гидротурбина...Орысша-қазақша «Энергетика» терминологиялық сөздік
  16. гидротурбина—turbine hydraulique...Политехнический русско-французский словарь
  17. гидротурбина—гидротурбина гидротурбины гидротурбины гидротурбин гидротурбине гидротурбинам гидротурбину гидротурбины гидротурбиной гидротурбиною гидротурбинами гидротурбине гидротурби...Полная акцентуированная парадигма по Зализняку
  18. гидротурбина—Орфографическая запись слова гидротурбина Ударение в слове гидротурбина Деление слова на слоги перенос слова гидротурбина Фонетическая транскрипция слова гидротурбина [г...Полный фонетический разбор слов
  19. гидротурбина—гидротурбина ыСинонимы турбина...Русский орфографический словарь
  20. гидротурбина—Ж hidroturbin....Русско-азербайджанский словарь
  21. гидротурбина—hydraulic turbine...Русско-английский морской словарь
  22. гидротурбина—гидротурбина ж.uhydraulic turbine water wheelгидротурбина идт в разнос the hydraulic turbine runs awayосушать гидротурбину для ремонта ревизии и т. п. unwater a hydraul...Русско-английский политехнический словарь
  23. гидротурбина—гидротурбина ж.ihydroturbine waterturbine hydraulic turbine...Русско-английский словарь
  24. гидротурбина—гидротурбина ж. waterturbine hydraulic turbine....Русско-английский словарь II
  25. гидротурбина—hydraulic turbine турбина...Русско-английский словарь по машиностроению
  26. гидротурбина—water motor...Русско-английский строительный словарь
  27. гидротурбина—ampLTengin.ampGT water turbine диагональная гидротурбина напорноструйная гидротурбина осевая гидротурбина радиальноосевая гидротурбина реальная гидротурбинаосевая реактив...Русско-английский технический словарь
  28. гидротурбина—Гдратурбна...Русско-белорусский словарь
  29. гидротурбина—гдратурбна жен.i...Русско-белорусский словарь II
  30. гидротурбина—ж. turbina f idraulica...Русско-итальянский политехнический словарь
  31. гидротурбина—су трубинасы суды кшмен орнатан турба су турбасы...Русско-казахский словарь
  32. гидротурбина—су турбинасы...Русско-казахский терминологический словарь «Водное хозяйство»
  33. гидротурбина—гидротурбина...Русско-казахский терминологический словарь «Машиностроение»
  34. гидротурбина—ж. гидротурбина суунун кч менен кыймылга келч кыймылдаткыч....Русско-киргизский словарь
  35. гидротурбина—shulnjСинонимы турбина...Русско-китайский словарь
  36. гидротурбина—hidroturbna...Русско-латышский словарь
  37. гидротурбина—vannkraftmaskin турбина...Русско-норвежский словарь
  38. гидротурбина—жturbina hidrulica турбина...Русско-португальский словарь
  39. гидротурбина—гидротурбина гидротурбина...Русско-таджикский словарь
  40. гидротурбина—ж гидротурбина су турбинасы...Русско-татарский словарь
  41. гидротурбина—жsu trbini турбина...Русско-турецкий словарь
  42. гидротурбина—hidrolik trbin su trbini...Русско-турецкий словарь по строительству и архитектуре
  43. гидротурбина—техн. гдротурбна поворотнолопастная гидротурбина поворотнолопатева гдротурбна быстроходная гидротурбина винтовая гидротурбина ковшовая гидротурбина пропеллерная гидр...Русско-украинский политехнический словарь
  44. гидротурбина—fem ksem гидрокостюм...Русско-финский словарь
  45. гидротурбина—turbna vodn vodn turbina vodn turbna...Русско-чешский словарь
  46. гидротурбина—гидротурбина турбина...Слитно или раздельно? Орфографический словарь-справочник
  47. гидротурбина—гидротурбина ы Синонимы турбина...Слитно. Раздельно. Через дефис. Словарь-справочник
  48. гидротурбина—гидротурбина см.em гидро. турбина водяная гидравлическая турбина. Новый словарь иностранных слов. by EdwART Синонимы турбина...Словарь иностранных слов русского языка
  49. гидротурбина—гидротурбина сущ. колво синонимов турбина Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин. . Синонимы турбина...Словарь синонимов II
  50. гидротурбина—ГИДРОТУРБИНА то же что гидравлическая турбина....Современный энциклопедический словарь
  51. гидротурбина—гидротурбина [см. гидро. турбина] водяная гидравлическая т у р ....Толковый словарь иностранных слов
  52. гидротурбина—ГИДРОТУРБИНА ж. Двигатель преобразующий энергию движущейся воды в энергию вращающегося вала гидравлическая турбина....Толковый словарь русского языка
  53. гидротурбина—Ударение в слове гидротурбинаУдарение падает на букву иБезударные гласные в слове гидротурбина...Ударение и правописание
  54. гидротурбина—гидротурбина гидротурбины гидротурбины гидротурбин гидротурбине гидротурбинам гидротурбину гидротурбины гидротурбиной гидротурбиною гидротурбинами гидротурбине гидротурби...Формы слова
  55. гидротурбина—Динг Динат Динар Дин Даур Даун Дари Дар Дант Данио Дан Гута Гурт Гурон Гурд Гуран Гура Гун Гудрон Гуд Губин Губан Губа Гуано Гто Грунт Грудина Груда Грубо Грот Гроб Гриот...Электронный словарь анаграмм русского языка
  56. гидротурбина—ГИДРОТУРБИНА то же что гидравлическая турбина....Энциклопедический словарь естествознания
  57. гидротурбина—Гидротурбина см. Гидравлическая турбина....Энциклопедия «Техника»
  58. гидротурбина—гидротурбина см. Гидравлическая турбинаem. dd Энциклопедия Техника. М. Росмэн....Энциклопедия техники