Радиально-осевая турбина

Радиально-осевая турбина (турбина Френсиса) — реактивная турбина. В рабочем колесе турбин данного типа поток сначала движется радиально (от периферии к центру), а затем в осевом направлении (на выход). Преимущественной сферой применения радиально-осевых турбин является гидроэнергетика, где они широко распространены^[1]. Применяют при напорах до 600 м. Так как при бо́льших напорах вода обладает бо́льшей потенциальной энергией, то турбины Френсиса имеют более значительную мощность по сравнению с низконапорными турбинами Каплана. На 2023 год, самые мощные турбины этого типа мощностью 1 ГВт установлены на ГЭС Байхэтань в Китае.

Радиально-осевая турбина (предоставлено Voith-Siemens)

Основным преимуществом турбин данного типа является самый высокий оптимальный КПД из всех существующих типов. Недостаток — менее пологая рабочая характеристика, чем у поворотно-лопастной гидротурбины.

История

Турбина была разработана англо-американским инженером Джеймсом Френсисом в 1848 году.

Устройство

Рабочее колесо малой гидротурбины

Ротором турбины является рабочее колесо, соединённое с валом турбины. Рабочее колесо, как правило, состоит из ступицы, комплекта лопастей и обода. Ступица колеса соединяется с валом турбины. Все детали колеса соединены между собой неподвижно, — это обеспечивает ему хорошие прочностные свойства. Колесо является рабочим органом турбины, преобразующим энергию потока в механическую.

Статор и спиральная камера, ГЭС Гранд-Кули, США

Статором является несущий элемент проточной части турбины, содержащий профилированные колонны, которые придают необходимое направление потоку воды. Также в статор входит направляющий аппарат. Направляющий аппарат турбины является рабочим органом, изменяющим закрутку потока и регулирующим расход турбины за счет поворота лопаток.

Снаружи к статору подсоединяется спиральная камера, которая предназначена для подвода воды к направляющему аппарату турбины. Особая форма камеры с уменьшающимися сечениями служит для равномерного распределения потока по всей окружности статора.

Отвод воды от рабочего колеса осуществляется через отсасывающую трубу.

См. также

• Ковшовая турбина
• Поворотно-лопастная турбина
• Диагональная турбина
• Импеллер