Гидравлическая турбина

Гидравлическая турбина, или Гидротурбина, — турбина, в которой в качестве рабочего тела используется вода.^[1] Применяется в качестве привода электрического генератора на гидроэлектростанциях.

Макет гидроагрегата

Устройство гидротурбины системы Каплана

Физика явления

Основное уравнение работы гидравлической турбины^[2]:

${\displaystyle u_{1}c_{1}\cos \alpha _{1}-u_{2}c_{2}\cos \alpha _{2}=\eta _{h}gH}$, где

${\displaystyle \eta _{h}}$ - гидравлический КПД турбины, ${\displaystyle g}$ - ускорение силы тяжести, ${\displaystyle H}$ - напор, перерабатываемый в турбине, ${\displaystyle u_{1}}$ - окружная скорость на входном периметре, ${\displaystyle c_{1}}$ - абсолютная входная скорость, ${\displaystyle \alpha _{1}}$ - угол между касательными и кривой лопатки к наружной окружности, ${\displaystyle u_{2},c_{2},\alpha _{2}}$ - то же на выходе воды.

История создания

Турбинная мельница древнеримского времени, найденная в Тунисе. Тангенциальный поток воды, текущий в мельничном канале, заставлял вращаться горизонтально расположенное мельничное колесо на вертикальной оси подобно настоящей турбине, использующей кинетическую энергию потока воды.

Хотя идея использования кинетической энергии воды была известна еще в античности, свидетельством чего является обнаружение в Тунисе остатков древнеримских мельниц с горизонтально расположенными водяными колесами, вплоть до промышленной революции для преобразования энергии падающей воды во вращательное движение использовались в основном водяные колеса. Хотя поздние наливные водяные колеса при простой конструкции имеют очень высокий коэффициент полезного действия (около 90%), основным недостатком водяных колес является их большой размер и низкая быстроходность, что ограничивало используемую скорость потока и напор водного потока. После создания первых турбин современного типа переход с водяных колес на турбины занял около ста лет. Развитие турбиностроения происходило в период промышленной революции в основном в XIX и начале XX веке с использованием разработанных в то время научных принципов и методов, а также с применением новых материалов и способов производства, разработанных в то время.

В этот период были разработаны все основные конструкции гидравлических турбин, используемых в настоящее время.

Основные типы гидротурбин

Основными применяемыми в мире типами гидротурбин являются:

• Пропеллерные
• Поворотно-лопастные (Каплан)
• Радиально-осевые (Френсис)
• Ковшовые (Пельтон)

Выбор типа гидравлической турбины для гидроэлектростанции зависит от параметров напора и расхода воды. Гидротурбины пропеллерного и поворотно-лопастного типа применяются, как правило при малых напорах и больших расходах^[3]. Радиально-осевые гидротурбины применяют на средних напорах и при средних расходах. Ковшовые гидротурбины применяются при малых расходах и больших напорах, как правило, в горных районах.

См. также

• Турбоагрегат