Осьові вертикальні і поворотнолопатеві гідротурбіни і їх установка

Осьові гідротурбіни використовуються при низьких напорах, де основною вимогою є висока швидкохідність. Історично вони стали як би завершенням в розвитку швидкохідних типів радіальноосьових турбін. У 1912 р. чеським професором В. Капланом було запатентовано осьове робоче колесо із радіально розташованими лопатями та із зовнішнім ободом, що виявилося рекордним за швидкохідністю.

У великому гідротурбобудуванні пропелерні турбіни застосовують порівняно рідко, лише в установках, обладнаних великим числом агрегатів із малими коливаннями напору, де їх можна тривалий час використати при потужності, близькій до оптимальної. Вартість пропелерних турбін на 25÷30 меньша вартості поворотнолопатевих, але при змінних навантаженнях втрати від недовиробітку електроенергії у них не окупаються зниженням капітальних витрат, тому їх застосування стає невигідним. Крім того, при часткових навантаженнях вони працюють неспокійно.

Особливості поворотнолопатевих турбін відмічені у попередній частині курсу. Схема проточної частини аналогічна проточній частині пропелерних турбін.

Великий вплив на гідродинамічні якості ПЛ-турбіни і її швидкохідність створює кількість лопатей z, їх відносна ширина l_л / l_к (відношення довжини периферійної кромки лопаті l_л до кроку на периферії l_к) і відношення діаметру корпусу d_кор (ступиці) до діаметра робочого колеса яке називають втулковим відношенням К_вт= d_кор / D₁. У корпусі із сферичним поясом, що має найбільше застосування, де найбільшим розміром є діаметр сфери d_сф, коефіцієнт втулки визначається як за циліндром К_цл= d_цл / D₁ так і за сферою К_сф= d_сф / D₁. При збільшенні z та l_л / l_к зменшується коефіцієнт кавітації турбіни σ_тр і дещо знижується к.к.д. (із-за збільшення обтічної поверхні). Проточний тракт ПЛ-турбіни проектують геометрично подібним до тракту модельної турбіни цього типу. До універсальної характеристики додають схематичне креслення, на якому вказують розміри елементів проточних частин випробуваної моделі.

На рис. 2.1 показано розріз по гідроагрегату ГЕС "Ашах", поворотнолопатева гідротурбіна якого є найбільшою із виготовлених.

Рис. 2.1. Гідроагрегат із поворотнолопатевою турбіною ГЕС "Ашах"

Конструкція характерна для швидкохідних турбін, що використовуються при невеликих напорах. Спіральна напіввідкрита камера 16 має симетричні таврові перерізи. Зварний статор 17 має одно верхнє кільце, об'єднане з кільцем напрямного апарату. Нижнє кільце 10 напрямного апарату лите, воно не забетоноване знизу, встановлене незалежно від статора і об'єднане із верхнім кільцем камери робочого колеса. Кришка 7 турбін і приставка 8 зварні, складені з плоских конічних і циліндричних несучих оболонок і спряжуючих торових зовнішніх оболонок. П'ята 19 встановлена безпосередньо на кришці турбіни.

Таке розташування звільняє шахту 20 турбіни, але утрудняє доступ до підшипника 9 турбіни. Привід 5 лопатей звичайний (із зрізними пальцями). У конструкції застосовані торові серводвигуни 4 та 18 напрямного апарату. Робоче колесо 13 п'ятилопатеве з циліндричним корпусом, втулкове відношення якого К_сф»0,4. Серводвигун 2 механізму повороту лопатей винесений у ротор 1 генератора. Шток 21 серводвигуна проходить через увесь вал і має велику довжину і масу. Камера 11 робочого колеса зварна, посилена ребрами, у ній передбачені лаз 15 і прохід 14 до нього із спіральної камери. Такий же прохід і лаз 13 виконані у конусі відсмоктувальної труби. Вали 6 і 3 турбіни і генератора товстостінні. Напрямний підшипник передбачений на густому мастилі.