Активная турбина

Активная турбина — турбина, в которой внутренняя энергия рабочего тела (газ, пар, жидкость) преобразуется во внешнюю кинетическую в неподвижных направляющих (сопловых) устройствах и используется далее для создания полезной работы на рабочих лопатках турбины.

Схематический разрез активной турбины с двумя ступенями скорости: 1 — вал; 2 — диск; 3 — первый ряд рабочих лопаток; 4 — сопло; 5 — корпус; 6 — второй ряд рабочих лопаток; 7 — направляющие лопатки.

В классе активных турбин наиболее распространенной системой являются ковшовые (турбины Пельтона).

Ковшовая турбина Пельтона

а) схема турбинной установки;

б) рабочее колесо

В ковшовой турбине вода из верхнего бьефа (1) подводится трубопроводом (2) к рабочему колесу (4) через сходящийся насадок — сопло (3). На выходе из сопла струя воды приобретает высокую скорость V. Скорость истечения струи из отверстия (сопла) V.

                                                                                                         

где:      к = 0,970-0,985 — коэффициент, характеризующий потери напора в пределах проточной части турбины и на выходе из сопла.

Тем самым, в сопле 97—98,5% удельной энергии воды Н, подведенной по трубопроводу (за вычетом потерь), преобразуется в кинетическую.

Рабочее колесо ковшовой турбины расположено в воздушном пространстве. Рабочее колесо снабжено ковшеобразными лопастями (ковшами) (7), каждая из которых последовательно принимает на себя высокоскоростную струю. Внутри сопла (3) имеется регулирующая игла. Игла перемещается вдоль оси потока и меняет диаметр выходящей из сопла струи, тем самым регулируя расход воды (мощность). Игла открывается-закрывается медленно (во избежание гидравлического удара). Для быстрого отвода струи от рабочего колеса в ковшовой турбине имеется отклонитель (6). Рабочее колесо, сопло и отклонитель заключены в закрытый кожух (5). Вода, отдав свою энергию рабочему колесу, стекает в отводящий канал (нижний бьеф). В настоящее время выпускаются ковшовые турбины с несколькими соплами на одной турбине.

Ковшовые турбины выполняются как с горизонтальным расположением вала (оси), так и вертикальным.

Ковшовые турбины применяются на высоконапорных ГЭС в диапазоне напоров 300—2000 м. Единичная мощность ковшовых турбин не превышает 300 МВт. На территории бывшего СССР ковшовые турбины применялись редко из-за относительно небольшого количества деривационных ГЭС в условиях высокогорья.

Наиболее крупная в СССР шестисопловая ковшовая турбина создана на Ленинградском металлическом заводе (ЛМЗ) для Татевской ГЭС на Кавказе. Ее единичная мощность 54,6 МВт. Еще более мощные ковшовые турбины единичной мощностью 178 МВт при частоте вращения 300 об/мин разработаны ЛМЗ для Зарамагской ГЭС (турбины шестисопловые, расчетный напор 620 м, диаметр рабочего колеса 3,28 м).