гидравлическая турбина

гидравли́ческая турби́на

(гидротурбина), лопастный гидравлический двигатель, преобразующий механическую энергию потока воды в энергию вращающегося вала. Основным рабочим органом гидротурбины, на котором происходит преобразование энергии, является рабочее колесо.

По принципу действия гидротурбины делят на реактивные (напороструйные) и активные (свободноструйные). Вода к рабочему колесу поступает либо через сопла (в активных гидротурбинах), либо через направляющий аппарат (в реактивных гидротурбинах). Реактивные гидротурбины по направлению потока воды, падающего на лопасти рабочего колеса, подразделяются на осевые и радиально-осевые. Преимущественное применение получили радиально-осевые гидротурбины с изменяющимся углом поворота лопастей (т. н. поворотно-лопастные). Мощность, развиваемую реактивной гидротурбиной, можно регулировать путём изменения угла поворота лопастей рабочего колеса или лопаток направляющего аппарата (гидротурбины одинарного регулирования), либо тем и другим способом одновременно (гидротурбины двойного регулирования). Реактивные радиально-осевые гидротурбины применяют в основном при напорах до 500–600 м. Такие гидротурбины установлены на большинстве ГЭС России.

Схема реактивной гидравлической турбины:

а – рабочее колесо; б – направляющий аппарат

В активных гидротурбинах вода к рабочему колесу может подаваться через одно или несколько сопел либо сразу через все сопла (кольцевой струёй). Соответственно в первом случае работает только одна или несколько лопастей, а во втором – одновременно все лопасти рабочего колеса. Мощность активной гидротурбины регулируют либо за счёт изменения числа открытых сопел, т. е. числа работающих лопастей, либо за счёт изменения площади выходного сечения сопел (всех одновременно).

Схема активной гидравлической турбины:

а – рабочее колесо; б – сопла

Наиболее распространённой разновидностью активной гидротурбины является ковшовая турбина. Вода на лопасти (ковши) рабочего колеса попадает по касательной к окружности, проходящей через центры ковшей, и не непрерывно, а лишь при прохождении ими зоны действия напорной струи. Число ковшей выбирают минимальным (обычно 18–26) из расчёта непрерывности перехода струи с одной лопасти на другую (без проскока струи между ними). Активные гидротурбины применяют при напорах св. 500–600 м. Наибольший используемый ковшовыми гидротурбинами напор – ок. 1800 м на ГЭС Рейсек в Австрии.

Первая реактивная гидротурбина мощностью 6 л. с. была построена в 1827 г. французским инженером Б. Фурнероном. В 1855 г. американский инженер Дж. Френсис изобрёл радиально-осевое рабочее колесо с неповоротными лопастями, а в 1887 г. немецкий инженер Финк предложил направляющий аппарат с поворотными лопатками. Спустя два года американский инженер А. Пелтон получил патент на активную ковшовую гидротурбину. В 1920 г. австрийский инженер В. Каплан получил патент на поворотно-лопастную гидротурбину. К кон. 20 в. в России были созданы и успешно работали гидротурбины единичной мощностью 508 и 650 МВт (Красноярская и Саяно-Шушенская ГЭС) с расчётным напором 93 и 194 м, диаметром рабочего колеса 7.5 и 6.5 м соответственно, а в Японии – гидротурбины мощностью 600 МВт с диаметром рабочего колеса 9.7 м и напором 87 м (установлены на ГЭС Гранд-Кули-III в США).

Ковшовая турбина