Гидравлическое оборудование ГЭС и его монтаж - Рабочие колеса гидротурбин

Рабочее колесо радиально-осевой турбины (рис. 2-7) состоит из трех основных элементов: ступицы 1, лопастей 2 и нижнего обода 3.
Особенностью конструктивного выполнения рабочих колес радиально-осевого типа является радиальный вход на лопасти и осевой выход воды из колеса, а также наличие нижнего обода, охватывающего наружные кромки лопастей. Рабочие колеса этого типа применяются для широкого диапазона напоров и коэффициентов быстроходности.

Рис. 2-7. Рабочее колесо радиально-осевой турбины.
Для обеспечения высоких энергетических показателей турбины лопасти рабочего колеса выполняют сложной пространственной формы. Число лопастей зависит от быстроходности рабочего колеса и принимается от 9 у низконапорных быстроходных рабочих колес до 21 у высоконапорных тихоходных колес.
Для сокращения непроизводительных протечек воды на нижнем  ободе и ступице рабочего колеса устанавливаются щелевые или гребенчатые уплотнения.

Рис. 2-8. Рабочее колесо поворотнолопастной турбины.

Рис. 2-9. Рабочее колесо ковшовой турбины.
В результате гидравлических потерь вода, проходя через узкую щель или гребень, теряет напор, а следовательно, уменьшаются протечки—объемные потери и тем самым увеличивается к. п. д. турбины. Щелевые уплотнения с зазорами до 2,5 мм применяют в рабочих колесах для напоров до 70—100 м. При более высоких напорах применяют гребенчатые уплотнения с зазорами 1—1,5 мм. На уплотнениях иногда для увеличения сопротивления делают нарезку, направление которой противоположно вращению турбины.
Рабочее колесо поворотнолопастной турбины (рис. 2-8) отличается от колеса радиально-осевой турбины отсутствием нижнего обода, меньшим количеством лопастей и возможностью их поворота вокруг своей оси. Оно состоит из корпуса (втулки) 1, рабочих лопастей 2 и обтекателя 3.
Количество лопастей, а соответственно и диаметр втулки колеса увеличиваются с повышением напора. При напорах до 20 м принимают обычно 4 лопасти, а при напорах 40—80 м — до 8 лопастей. Диаметр втулки увеличивается с повышением числа лопастей и колеблется в пределах от 0,35 до 0,6
Механизм поворота лопастей (сервомотор) в отечественных поворотнолопастных турбинах, как правило, располагается в корпусе рабочего колеса. В зарубежной практике сервомоторы иногда помещают во фланцевом соединении валов турбины и генератора либо во втулке ротора генератора.

Рабочее колесо располагается в камере 4 с небольшими зазорами, составляющими до 0,001 D1. Обычно часть камеры рабочего колеса, расположенная выше оси поворота лопастей, выполняется цилиндрической, а нижняя часть —сферической. Это обеспечивает при повороте лопастей минимальные и постоянные зазоры, что приводит к уменьшению протечек воды, а следовательно, к повышению к. п. д.
Рабочее колесо ковшовой турбины (рис. 2-9) состоит из диска 1 и размещенных по его окружности лопастей 2, имеющих форму двух симметричных ковшей, разделенных острой кромкой — ножом. Поступающая на лопасть напорная струя разделяется ножом на две части, обтекающие внутренние поверхности лопастей. Обычно рабочее колесо имеет от 18 до 26 лопастей (ковшей).