Большая советская энциклопедия

ГИДРОТУРБИНА

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. Осн. рабочим органом Г., в к-ром 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 атм., а за ним может быть как больше, так и меньше атм. давления.

Рис. 1. Схема активной гидротурбины: а- рабочее колесо; б - сопла.

Рис. 2. Схема реактивной гидротурбины: а - рабочее колесо; б - направляющий аппарат.

Первая реактивная Г. была изобретена в 1827 франц. инж. Б. Фурнсроном; эта Г. имела на рабочем колесе мощность 6 л. с., но из-за плохих энергетических свойств подобные Г. уже не применяются. В 1855 амер. инж. Дж. Френсис изобрёл радиально-осевое рабочее колесо Г. с неповоротными лопастями, а в 1887 нем. инж. Финк предложил направляющий аппарат с поворотными лопатками (см. Радиально-осевая гидротурбина). В 1889 амер. инж. А. Пелтон запатентовал активную - ковшовую гидротурбину, в 1920 австр. инж. В. Каштан получил патент на поворотнолопастную гидротурбину. Радиально-осевые, по-воротнолопастные и ковшовые Г. широко применяются для выработки электрич. энергии (см. Гидроэнергетика).

Для расчёта профиля лопасти рабочего колеса Г., вращающегося с постоянной угловой скоростью, используется ур-ние (рис.3):

где H - рабочий напор Г., т. е. запас энергии 1 кг воды (разность отметок горизонтов воды перед входом в сооружения гидравлич. силовой установки и по выходе из них за вычетом потерь на сопротивление во всех сооружениях, но

без вычета потерь в самой Г.); U1и U3- окружные скорости лопастей на входе воды в рабочее колесо и на выходе из него, м/сек; V1и V2- абс. скорости воды на входе и выходе, м/сек; a1и a2- углы между направлениями окружных и абс, скоростей в точках, соответствующих осереднённой по энергии поверхности тока, град; g - ускорение свободного падения, м/сек2.

В левую часть ур-ния вводится множитель n, являющийся гидравлич. кпд гидротурбины. Часть мощности, полученная колесом, расходуется на преодоление механич. сопротивлений, эти потери учитываются механич. кпд гидротурбин nм. Утечка воды в обход рабочего колеса учитывается объёмным кпд гидротурбины

. Полный кпд гидротурбины

-отношение полезной мощности, отдаваемой турбинным валом, к мощности пропускаемой через Г. воды. В совр. Г. полный кпд равен 0,85-0,92; при благоприятных условиях работы лучших образцов Г. он достигает 0,94-0.95.

Геом. размеры Г. характеризуются номинальным диаметром Д, рабочего колеса. Г. разных размеров образуют турбинную серию, если обладают однотипными рабочими колёсами и геом. 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 коэфф. быстроходности, численно равный частоте вращения вала Г., развивающей при напоре 1 м мощность 0,7355 квт (1 л. с.). Чем больше этот коэфф., тем больше частота вращения вала при заданных напоре и мощности. Г. и электрич. генератор обходятся дешевле при увеличении частоты их вращения, поэтому

стремятся строить Г. с возможно большим коэфф. быстроходности. Однако в реактивных Г. этому препятствует явление кавитации, вызывающее вибрацию агрегата, снижение кпд и разрушение материала Г.

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: т - кпд; Q -расход воды; N - нагрузка гидротурбины.

Графики, выражающие зависимости величин, характеризующих Г., наз. турбинными характеристиками. На рис. 4 представлены 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 эксплуатац. характеристиками - для натурной Г. Универсальные характеристики строятся на основании лабораторных исследований модели, проточная часть к-рой геометрически подобна натурной.

Рис. 5. Универсальные характеристики для модели гидротурбины.

На универсальных характеристиках (рис. 5), исходя из условий моделирова-ния, в координатах приведённых величин расхода Q‘1л/сек и частоты вращения п‘1об/мин (характерных для Г. данной серии диаметром рабочего колеса 1 м, работающих при напоре 1 м) наносятся изолинии равных кпд , коэфф. кавитации сигиа и открытии направляющего аппарата а0. Эксплуатац. характеристики (рис. 6) строятся на основании универсальных и показывают зависимость кпд натурной турбины n % от нагрузки N Мвт и напора H м при номинальной частоте вращения турбины n = const. Здесь же обычно наносят линию ограничения мощности, выражающую зависимость гарантированной мощности от напора. На этих же характеристиках изображают линии равных допустимых высот отсасывания Hsм, показывающих заглубление рабочего колеса Г. под уровень воды в нижнем бьефе (разность отметок расположения рабочего колеса и уровня нижнего бьефа).

Рис. 6. Эксплуатационные характеристики для натурной гидротурбины.

Проточная часть реактивных Г. состоит из следующих осн. элементов (рис. 7): спиральной камеры гидротурбины 1; направляющего аппарата 2, регулирующего расход воды; рабочего колеса 3 и отсасывающей трубы 4, отводящей воду от Г. Реактивные Г. по направлению потока в рабочем колесе делятся на осевые

Характеристики поворот нолопастных и радиально-осевых гидротурбин, выпускаемых в СССР

Марка пово-ротнолопаст-ной гидротурбины

Напор,

M

Число лопастей

Мощность , Мвт

Марка радиалъно-осе-вой гидротурбины

Напор, м

Мощность, Мвт

ПЛ-10

3-10

4

0,6-49

РО-45

30-45

6,5-265

ПЛ-15

5-15

4

1,3-88

РО-75

40-75

9,7-515

ПЛ-20

10-20

4

3,3-115

PO-1 15

70-115

21,5-810"

ПЛ-30

15-30

5

6-180

РО-170

110-170

34-900*

ПЛ-40

20-40

6

8,2-245

РО-230

160-230

29,5-920*

ПЛ-50

30-50

7

13-280

РО-310

220-310

31-485

ПЛ-60

40-60

8

15-315

РО-400

290-400

31-280

ПЛ-70

45-70

8

15,8-350

РО-500

380-500

33-195

ПЛ-80

50-80

8

17-385

* Верхний предел показывает мощности, технически возможные. К 1970 макс, единичная мощность работающих гидроагрегатов достигла 500 Мвт.

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 к-рый вода подводится к рабочему колесу (регулирование в этих Г. производится изменением угла поворота лопаток направляющего аппарата), и лопастнорегу-лируемые Г., у к-рых 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. Поворот-нолопастные Г., применяемые на напоры до 150 м, могут быть осевыми и диагональными гидротурбинами. Разновидностью осевых являются двух-перовые, в к-рых на каждом фланце размещаются по две лопасти вместо одной. Радиально-осевые Г. одиночного регулирования применяют на напоры до 500-600 м. Активные Г. строят преим. в виде ковшовых Г. и применяют на напоры выше 500-600 м; их делят на парциальные и непарциальные. В парциальных Г. вода к рабочему колесу подводится в виде струй через одно или неск. сопел и поэтому одновременно работает одна или неск. лопастей рабочего колеса. В непарциальных Г. вода подводится одной кольцевой струёй 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 автоматич. регуляторами скорости.

Рис. 7. Проточная часть реактивной гидротурбины.

По расположению вала рабочего колеса Г. делятся на вертикальные, горизонтальные и наклонные. Сочетание Г. с гидрогенератором наз. гидроагрегатом. Горизонтальные гидроагрегаты с поворотно-лопастными или пропеллерными Г. могут выполняться в виде капсулъного гидроагрегата.

Широкое распространение получили обратимые гидроагрегаты для гидроак-кумулирующих 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 к-рой даются система типов и размеров Г. и их основные гидравлич. и конструктивные характеристики (табл.). Эта номенклатура основана на закономерном изменении зависимостей геом. и гидравлич. параметров рабочих колёс от напора.

Осн. 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. радиаль-но-осевого типа мощностью 508 Мет на расчётный напор 93 м с диаметром рабочего колеса 7,5 м для Красноярской ГЭС, разрабатываются Г. такого же типа для Саянской ГЭС (единичная мощность 650 Мвт, расчётный напор 194 м, диаметр рабочего колеса 6,5 м).

Больших успехов в создании Г. достигли фирмы: "Хитати", "Мицубиси", "Тосиба" (Япония), "Нохаб" (Швеция), "Нейрпик" (Франция), "Инглиш электрик" (Великобритания), "Фойт" (ФРГ) и др. Напр., япон. фирмой "Тосиба" проектируются Г. для ГЭС Гранд-Кули-III единичной мощностью 600 Мет на напор 87 м с диаметром рабочего колеса 9,7 м.

Лит.: Шпанхаке В., Рабочие колёса насосов и турбин, пер. с нем., ч. 1, M.- Л., 1934; Турбинное оборудование гидроэлектростанций, под ред. А. А. Морозова, 2 изд.. М. -Л., 1958; Ковалев H. H., Гидротурбины, М.-Л., 1961; Кривченко Г. И., Автоматическое регулирование гидротурбин, М.-Л., 1964; Tenot A., Turbines hydrauliques et regulateurs automa-tiques de vitesse, v. 1-4, P., 1930-35.

M. Ф. Красилъников.




  1. гидротурбина—гидравлическая турбина водяная турбина ротационный двигатель преобразующий механическую энергию воды е энергию положения давления и скоростную в энергию вращающегося вала...Большая Советская энциклопедия II
  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