Радиальные и радиально-осевые турбины
Помимо рассмотренных выше осевых турбин, в проточных частях которых поток пара движется вдоль оси ротора, широкое применение нашли радиальные и радиально-осевые турбины.
Радиальными называют такие турбины, в которых линии тока пара находятся в плоскости, перпендикулярной оси ротора. Если пар движется в направлении от периферии к оси ротора, такие турбины называют центростремительными; если от оси ротора к периферии – центробежными.
Радиально-осевыми называют такие турбины, в которых поток пара в сопловых лопатках направлен от периферии к оси турбины, а поток в рабочих лопатках имеет радиально-осевое направление.
В радиальных центростремительных турбинах (рис. 49.а) поток пара движется через сопловые и направляющие лопатки от периферии к оси ротора. В радиально-осевых ступенях (рис. 49.б) поток пара в соплах направлен перпенидикулярно оси ротора, в рабочие лопатки пар входит в радиальном направлении, совершает в них поворот, и выходит вдоль оси турбины.
Рабочие лопатки радиально-осевых ступеней могут выполняться в следующих вариантах:
Радиальные центростремительные и радиально-осевые ступени могут исполняться в однопроточном и двухпроточном исполнениях. В двухпроточных ступенях весь поток пара разделяется на два симметричных потока, каждый из которых направляется в свою проточную часть турбины. Радиальные и радиально-осевые ступени часто используют в качестве первой (регулировочной) ступени в двухпроточных турбинах с расходящимися потоками пара.
Литература
Судовые энергетические установки. Котлотурбинные энергетические установки. Болдырев О.Н. [2004]
Всё об энергетике
Гидротурбины. Классы, системы, типы. Особенности
Классификация гидротурбин
Классы турбин различают по тому, какие из слагаемых энергии потока воды используется в турбине.Системы турбин отличаются формой и направлением потока через турбину, а также особенностями её проточной части.Тип турбины определяет её конечный размер и форму элементов проточной части в пределах системы.
В зависимости от того, какие части энергии потока воды используется в турбине выделяют два класса:
Активные турбины используют только кинетическую энергию потока воды, а их рабочие органы находятся в воздухе, при атмосферном давлении. Из-за этого давление воды на входе в рабочее колесо и на выходе из него одинаково и равно атмосферному. Реактивные турбины используют кинетическую энергию потока воды вместе с потенциальной (энергией давления), поэтому давление на входе в рабочее колесо и выходе из него не равно. Само рабочее колесо реактивной турбины погружено под воду [1, c. 22,23]. Каждый из приведенных классов делится на системы.
Активные гидротурбины
Класс активных турбин делится на:
Наклонно-струйные гидротурбины отличаются от ковшовых тем что струя к рабочему колесу подводится не под прямым углом. Из этого также есть некоторые изменения в геометрии ковшов.
Турбины двойного действия или двукратные характеризуется тем что поток воды проходит через рабочее колесо дважды.
В кольцеструйных турбинах поток воды подводится к рабочему колесу по всему его периметру в виде кольцевой струи.
Реактивные гидротурбины
Класс реактивных турбин делится на следующие системы:
Диагональные турбины, а точнее поворотно-лопастные диагональные (ПЛД) имеют конструкцию схожую с осевыми поворотно-лопастными турбинами. Основное отличие состоит в том, что поток воды проходит через рабочее колесо по конической поверхности или, проще говоря, по диагонали. Такая особенность конструкции диагональных турбин позволяет применять их при более высоких напорах (от 50 до 170 м), чем осевые турбины.
Все о транспорте газа
Продолжаем знакомится с гидротурбинами. Напомню в прошлый раз мы изучили ковшовую турбину или турбину Пельтона.
Радиально-осевые турбины являются самым старым, но при этом самым распространенным типом гидротурбин. Техническая простота (и соответственно, дешевизна), очень широкий диапазон возможных напоров и расходов обеспечили им признанное лидерство. На крупнейших гидроэлектростанциях мира установлены именно эти турбины, им же принадлежит рекорд по единичной мощности турбины.
Отдаленным предком радиально-осевых турбин можно считать турбину Фурнерона изобретенную еще в 1826 году ( и усовершенствованную Бойденом в 1844 году). Ее КПД составлял около 80%, что по тем временам было настоящим прорывом, что привело к активному использованию турбин этого типа (фактически, это была первая промышленная гидротурбина в мире). Интересной особенностью турбины Фурнерона было размещение ее направляющего аппарата — не снаружи, а внутри рабочего колеса.
Турбина Фурнерона
Радиально-осевую турбину изобрел американский инженер Джеймс Фрэнсис (собственно, во всем мире эти турбины именуются турбинами Фрэнсиса). При этом, он не просто предложил турбину, но и разработал систему расчетов турбины, а также провел комплекс гидравлических испытаний турбины. Вообще, Фрэнсис был очень талантливым инженером — помимо турбины, он изобрел спринклерную систему пожаротушения, строил канала, плотины и системы защиты от наводнений. Турбина Фрэнсиса неоднократно совершенствовалась и свой современный вид приобрела в конце 19 века, после изобретения немецким инженером Финком поворотных лопаток направляющего аппарата.
Турбины Фрэнсиса быстро получили самое широкое распространение; причем, в связи с отсутствием альтернатив, они использовались и на небольших напорах, что сейчас не практикуется. Например, турбины этого типа установлены на Волховской ГЭС, расчетный напор которой — 11,2 м. Сейчас на таких напорах ставят поворотно-лопастные турбины.
Свое название радиально-осевые турбины получили по направлению движения воды в ней. Рабочее колесо турбины состоит из ступицы, верхнего и нижнего обода, а также лопаток, которые неподвижно прикреплены к ободьям. По способу изготовления, рабочие колеса бывают сварными (чаще всего) либо цельнолитыми. Конструкция рабочего колеса, не содержащая движущихся деталей, очень прочна, что позволяет использовать турбину на весьма высоких напорах. С другой стороны, невозможность поворота лопаток приводит к наличию зон с низким КПД, а также с повышенной вибрацией, работа в которых не рекомендуется.
Устройство и действие радиально-осевой турбины
Современные радиально-осевые турбины могут использоваться на напорах до 700 м. Однако, на небольших напорах радиально-осевые турбины приходится делать очень больших размеров, и в этом случае они уступают поворотно лопастным турбинам. На очень высоких напорах, особенно при относительно небольших расходах воды, более предпочтительно использование ковшовых турбин. Таким образом, наиболее оптимальны для радиально-осевых турбин средние и высокие напоры (от 50 до 300 м).
Это радиально-осевое рабочее колесо, рассчитанное на напор 1,8 м, имеет диаметр 4,5 м при мощности всего 0,4 МВт.
А вот это, работающее на напоре 91,5 м, имеет диаметр 1,2 м и мощность более чем в 20 раз больше — 10 МВт.
При каком напоре используются радиально осевые турбины
ГОСТ 27528-87
(СТ СЭВ 2444-80)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
ТУРБИНЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПОВОРОТНО-ЛОПАСТНЫЕ, РАДИАЛЬНО-ОСЕВЫЕ
Типы. Основные параметры
Kaplan, Francis axial-flow vertical shaft hydraulic turbines.
Types. Basic parameters
1. ВНЕСЕН Министерством тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения СССР
2. Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 17.12.87 N 4607 стандарт Совета Экономической Взаимопомощи СТ СЭВ 2444-80 «Турбины гидравлические поворотно-лопастные, радиально-осевые. Типы. Основные параметры» введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта СССР с 01.07.88.
3. Срок проверки 1992 г.; периодичность проверки 5 лет.
Стандарт устанавливает зоны применения турбин по напору, типы рабочих колес, основные относительные размеры проточной части, приведенные к номинальному диаметру рабочего колеса, основные гидравлические параметры гидротурбин.
1. ТИПЫ РАБОЧИХ КОЛЕС
1.1. Типы рабочих колес устанавливают в зависимости от максимально допустимого напора.
Значения максимальных напоров для поворотно-лопастных и радиально-осевых турбин должны соответствовать указанным в табл.1.
Типы рабочих колес и значения максимальных напоров
Типы рабочих колес
Максимальный напор, м
Пример условного обозначения турбины гидравлической поворотно-лопастной вертикальной (В) на максимальный напор 20 м диаметром рабочего колеса 600 см:
То же, радиально-осевой вертикальной на максимальный напор 170 м диаметром рабочего колеса 500 см:
2. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
Размеры проточной части поворотно-лопастных гидротурбин
Размеры проточной части радиально-осевых гидротурбин
Основные геометрические и гидравлические параметры поворотно-лопастных рабочих колес
Наименование основного параметра
Тип рабочего колеса
Число лопастей рабочих колес
Относительная высота направляющего аппарата **
Приведенный расход, максимальный по условию обеспечения бескавитационной работы, 
, м /c
* 
.
** 
.
Основные геометрические и гидравлические параметры радиально-осевых рабочих колес
Наименование основного параметра
Тип рабочего колеса
Относительная высота направляющего аппарата, **, не менее
Приведенный расход, максимальный на линии 5% запаса мощности, 
, м /c
* 
.
** 
.
2.3. Относительный диаметр окружностей расположения осей поворота лопаток, направляющего аппарата 
должен приниматься от 1,10 до 1,25.
2.4. Относительный диаметр горловины рабочего колеса поворотно-лопастной гидротурбины 
должен приниматься от 0,94 до 1,00.
2.5. Значение оптимальной приведенной частоты, вращения ( ) определяют на режимах с максимальным гидравлическим коэффициентом полезного действия.
2.6. Значение приведенного расхода (
) определяют на режимах максимальной мощности.
2.7. Для быстроходных радиально-осевых гидротурбин типов РО45, РО75, РО115 и РО170 допускается определение 
на линии 3%-ного запаса мощности.
При каком напоре используются радиально осевые турбины
Войти
Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal
Cisco
Основы гидроэнергетики. Радиально-осевые турбины
Отдаленным предком радиально-осевых турбин можно считать турбину Фурнерона изобретенную еще в 1826 году ( и усовершенствованную Бойденом в 1844 году). Ее КПД составлял около 80%, что по тем временам было настоящим прорывом, что привело к активному использованию турбин этого типа (фактически, это была первая промышленная гидротурбина в мире). Интересной особенностью турбины Фурнерона было размещение ее направляющего аппарата – не снаружи, а внутри рабочего колеса.
Радиально-осевую турбину изобрел американский инженер Джеймс Фрэнсис (собственно, во всем мире эти турбины именуются турбинами Фрэнсиса). При этом, он не просто предложил турбину, но и разработал систему расчетов турбины, а также провел комплекс гидравлических испытаний турбины. Вообще, Фрэнсис был очень талантливым инженером – помимо турбины, он изобрел спринклерную систему пожаротушения, строил канала, плотины и системы защиты от наводнений. Турбина Фрэнсиса неоднократно совершенствовалась и свой современный вид приобрела в конце 19 века, после изобретения немецким инженером Финком поворотных лопаток направляющего аппарата.
Турбины Фрэнсиса быстро получили самое широкое распространение; причем, в связи с отсутствием альтернатив, они использовались и на небольших напорах, что сейчас не практикуется. Например, турбины этого типа установлены на Волховской ГЭС, расчетный напор которой – 11,2 м. Сейчас на таких напорах ставят поворотно-лопастные турбины.
Свое название радиально-осевые турбины получили по направлению движения воды в ней. Рабочее колесо турбины состоит из ступицы, верхнего и нижнего обода, а также лопаток, которые неподвижно прикреплены к ободьям. По способу изготовления, рабочие колеса бывают сварными (чаще всего) либо цельнолитыми. Конструкция рабочего колеса, не содержащая движущихся деталей, очень прочна, что позволяет использовать турбину на весьма высоких напорах. С другой стороны, невозможность поворота лопаток приводит к наличию зон с низким КПД, а также с повышенной вибрацией, работа в которых не рекомендуется.
Устройство и действие радиально-осевой турбины
Современные радиально-осевые турбины могут использоваться на напорах до 700 м. Однако, на небольших напорах радиально-осевые турбины приходится делать очень больших размеров, и в этом случае они уступают поворотно лопастным турбинам. На очень высоких напорах, особенно при относительно небольших расходах воды, более предпочтительно использование ковшовых турбин. Таким образом, наиболее оптимальны для радиально-осевых турбин средние и высокие напоры (от 50 до 300 м).
Это радиально-осевое рабочее колесо, рассчитанное на напор 1,8 м, имеет диаметр 4,5 м при мощности всего 0,4 МВт.
А вот это, работающее на напоре 91,5 м, имеет диаметр 1,2 м и мощность более чем в 20 раз больше – 10 МВт.
В зависимости от конкретных условий, форма радиально-осевых рабочих колес может заметно отличаться:
На небольших ГЭС радиально-осевые турбины часто устанавливают не вертикально, а горизонтально, что упрощает их монтаж и обслуживание. Фото отсюда
Раньше, с целью увеличения мощности турбины, нередко применялось объединение двух рабочих колес на одном вале. Сейчас такая схема почти не используется. Фото отсюда
Крупнейшие в мире радиально-осевые турбины (как и гидравлические турбины вообще) установлены на американской ГЭС Гранд Кули.
Их максимальная мощность составляет 805 МВт. Фото отсюда
Примерно такую же (и даже чуть большую – 812 МВт) мощность имеют и турбины строящейся китайской ГЭС Xiangjiaba. Фото отсюда.
Турбины по 1000 МВт каждая проектировались для Эвенкийской ГЭС, так что потенциально мы еще можем вырваться вперед.
Особая история – обратимые радиально-осевые насос-турбины, которые устанавливаются на гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС). Подавляющее большинство ГАЭС имеют именно такие насос-турбины, и напор на некоторых из них доходит до 1000 м (этом случае, используются многоступенчатые насос-турбины).
Рабочее колесо насос-турбины Загорской ГАЭС-2.
