РТ-турбіна

3.1 РТ-турбіна

Це турбіна вільного потоку (дії) води. Потенційна енергія води в турбіні стає кінетичною енергією, коли струмінь води, проходячи інжектори, направляється на лопатки рушійного колеса. Робота турбіни відбувається при тиску, близькому до атмосферного. Тому необхідний досить низький напір води для напрямку струменя на лопатки рушійного колеса. У РТ-турбінах використовуються багаторазові інжектори, лопатки й колесо, що рухається, великого діаметра (рис. 3.3).

Рисунок 3.3 - Поперечний розріз РТ-турбіни

Застосування РТ-турбін, як малих гідроустановок, є економічно виправданим, коли є витрати води вище 30 літрів у секунду з напором від 20 м. Необхідне співвідношення H, Q і необхідної потужності РТ-турбіни наведене на мал. 3.2. Діаметр лопаток колеса турбіни D показаний на мал. 3.3. Величина діаметра залежить від значення напору Н, потоку Q і від наведеної швидкості n_с:

D=97,5 Q/n_c^0,9 ·H^1/4, (3.3)

де n_c=240(a/D)z^1/2(об/хв):

a – діаметр струменю води;

D – діаметр колеса в точці реактивного падіння води (тобто, діаметр вінця лопаток в точках дотику з водою);

z — число струменів.

Діаметр інжектора на виході струменя може бути визначений як

a=0,55Q^1/2 H^1/4 , мм. (3.4)

Оптимальний діаметр колеса ротора може бути визначений як

Технічне обслуговування і ремонт РТ-турбін досить прості завдяки відносно простій конструкції ротора й доступу до нього.

3.2 FТ-турбіна

Область застосування турбін Франциска для малих гідроустановок перебуває в межах від 3 до 150 м висоти напору й від 100 л/с проектного потоку рушійної води (рис. 3.4).

Рисунок 3.4 - FT - турбіна у розрізі

Відповідно до місцевих умов, турбіни можуть бути горизонтально або вертикально розташовані. Горизонтальне розташування найбільш підходяще, тому що це полегшує пряме з'єднання з електричним генератором (синхронним або асинхронним). Вертикальне розташування більш складне для виконання ремонтів і підтримки в робочому стані. Такі FТ-турбіни іноді можуть використатися в широкому діапазоні напору (від 3 до 600 м). РТ-турбіни мають більший ККД, ніж у FТ-турбіни (мал. 3.5). Для них крива відносини Q_еф/Q_проект = 25%, більш полога. Крім того, існують інші недоліки турбін FТ у порівнянні із РТ-турбінами, а саме вони:

1)  вимагають більшої уваги при їхньому обслуговуванні й ремонтах, дуже чутливі до кавітацій;

2)  мають не оптимальну криву ККД турбіни, особливо при малих потоках води;

3)  більш чутливі до конструкційних матеріалів у місцях надходження протікання води різної якості;

4)  працюють хитливо при зниженні потужності до 40% щодо максимальної;

5)  вимагають більшої уваги й більш високої кваліфікації персоналу при монтажі й обслуговуванні.

Рисунок 3.5 - Ефективність турбін для малих гідроустановок

1  РТ-турбіни при n_с = 20

2  МВТ-турбіни при n_с = 100

3  FТ-турбіни при n_с = 100

4  FТ-турбіни при n_с = 360

Емпірично визначено, що при напорі від 10 до 50 м швидкість обертання колеса FТ-турбіни знаходиться у межах 900...1200 об/хв. для напорів вище 50 м швидкість становить 1200...1500 об/хв.

3.3 МВТ-турбіни

Зображені на малюнку 3.6. У цей час ці турбіни (їх також називають радіальними турбінами) випускаються потужністю аж до 800 кВт. Їхній потік варіюється від 25 до 700 л/с (відповідно до типових розмірів машин) з напором води від 1 до 200 м. Число лопаток, встановлених навколо ротора, варіюється від 26 до 30 по окружності колеса при діаметрі колеса від 200 до 600 мм.

Рисунок 3.6 - МВТ-турбіна з вертикальним входом

МВТ-турбіни конструктивно використовують вільний випуск води або випуск із труби секційного типу. На рис. 3.6 показана турбіна із проходженням води навколо її ротора. У порівнянні з іншими видами турбін МВТ може мати сегментне компонування ротора (поздовжніх осередків ротора), що надає цим турбінам великої переваги. МВТ-турбіни можуть компонуватися декількома осередками. При низьких або середніх потоках води вони працюють із однієї або двома із трьох наявних осередків. Для одержання повної потужності при проектних потоках води використовуються три із трьох осередків. При такій диспозиції можна використати будь-який потік води з відносно оптимальною ефективністю. Завдяки такій можливості турбіна може бути використана навіть при 20% від повної потужності. Ця особливість важлива для проектів, коли можливо поступове задоволення попиту на електроенергію в часі. У цих випадках мала гідроустановка досягає видачі повного потенціалу енергії тільки через деякий час. Головні переваги МВТ це швидке компонування осередків і легкий доступ до всіх елементів устаткування протягом усього часу їхнього обслуговування. На мал. 3.7 наведені залежності ККД від Q МВТ-турбін при різній кількості осередків (сегментів) у порівнянні з FТ-турбіною.

Рисунок 3.7 - Криві ККД при різній кількості осередків в МВТ-турбіні та FT-турбіні