Глава II
ОСОБЕННОСТИ И ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРОТУРБИН
II.1. СХЕМЫ ГИДРОТУРБИН ДЛЯ РАЗНЫХ НАПОРОВ И ИХ КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
Схема осевой поворотно-лопастной турбины изображена на рис. II. 1. Вода из водохранилища станции, созданного плотиной, подводится к турбине по спиральной камере 8. Направляющий аппарат 2 путем поворота лопаток создает нужное направление потока. Изменяя с помощью направляющего аппарата расход воды через турбину, можно регулировать ее мощность.
Направляющий аппарат турбины 2 представляет собой механизм, состоящий из большого количества расположенных по окружности направляющих лопаток, тело которых имеет в сечении обтекаемую форму.
Рис. II.1. Схема осевой поворотно-лопастной турбины.
Направляющие лопатки могут одновременно поворачиваться с помощью сервомотора 7 на нужный угол, образуя при этом, между собой каналы для прохода воды; ширина этих каналов меняется в зависимости от угла поворота направляющих лопаток.
Колесо поворотно-лопастной турбины 1 обычно имеет несколько лопастей (четыре—восемь), которые своими цапфами закреплены в корпусе. Внутри корпуса расположен механизм поворота лопастей с сервомотором, который при помощи масла создает усилие, необходимое для соответствующего их поворота. Снизу корпус колеса закрыт конусом. Масло к сервомотору рабочего колеса подается по трубам-штангам, расположенным внутри вала 11. Штанги соединяются с маслоприемником 4, установленным над генератором 3. К маслоприемнику масло подается от маслонапорной установки 5. Лопасти колеса с помощью автоматического регулятора 6 могут синхронно устанавливаться под наивыгоднейшим углом в соответствии с открытием направляющего аппарата.
Из рабочего колеса вода поступает в отсасывающую трубу 9, сечение которой постепенно увеличивается, вследствие чего уменьшается скорость потока воды. Из отсасывающей трубы вода уходит в нижний бьеф станции. Вал вращается в направляющем подшипнике 10.
На рис. II.2 изображена диагональная поворотно-лопастная гидротурбина, которая в последнее время находит все большее применение.
Рис. II.2. Схема диагональной поворотно-лопастной турбины
В отличие от осевой турбины лопасти 1. рабочего колеса расположены под углом и закреплены в конической втулке 2. Внутри втулки сверху расположен сервомотор 3, создающий усилия для поворота лопастей. Направляющий аппарат 4 — цилиндрический, вода от него подводится к лопастям по конической камере 5 и отводится в отсасывающую трубу 6.
Схема горизонтального капсульного агрегата изображена на рис. II.3. Прямоосный подвод и отвод воды обеспечивает простую форму гидротехнических подводных сооружений. В этой конструкции вода, обтекая металлический кожух 1 в осевом направлении, через конический направляющий аппарат 4 подводится к консольному рабочему колесу 5 с поворотными лопастями и отводится по прямоосной отсасывающей трубе 6.
Рис. II.3. Схема горизонтального капсульного гидроагрегата
Внутри кожуха расположен малогабаритный генератор 7 и некоторые узлы турбины: подшипник, вал, маслоприемник, подводящий масло к сервомотору рабочего колеса. Капсула опирается на бетон с помощью массивного обтекаемого ребра 2 и ребер статора 3.
Схема радиально-осевой турбины изображена на рис. ΙΙ.4. Конструкция ее аналогична поворотно-лопастной турбине. В отличие от последней рабочее колесо 1 радиально-осевой турбины имеет большее число лопастей (14—20 шт.), соединенных между собой наружным ободом 2. Этот тип турбин имеет лучшие кавитационные свойства и может устанавливаться для работы на значительно более высоких напорах, чем турбины с поворотными лопастями. Система регулирования этих турбин более проста, так как у них отсутствует механизм поворота лопастей рабочего колеса.
На рис. ΙΙ.5 изображена схема горизонтальной турбины ковшового типа. Вода к колесу подводится по напорному трубопроводу 5, имеющему в конце сопло 6. Из сопла струя воды попадает на ковши колеса 3 и заставляет его вращаться. Колесо в кожухе 2 с помощью вала 1 соединено с генератором. Регулирование расхода воды, поступающей на рабочее колесо, осуществляется с помощью подвижной иглы 4, расположенной в сопле, и отклонителя струи 7, которые связаны с регулятором турбины.
На рис. II.6 изображена схема вертикальной ковшовой турбины. Такие турбины получили широкое применение вследствие большей компактности конструкции и возможности подвода воды к колесу через большее количество сопл 1, что увеличивает расход турбины. Сопла, подводящие воду, расположены вокруг рабочего колеса 2, установленного на вертикальном валу 4. Вал направляется подшипником 3. Подвод воды к соплам осуществляется через трубопровод-коллектор 6. Над колесом устанавливается кожух турбины. К верхнему концу вала крепится генератор 5.
Рис. II.4. Схема радиально-осевой турбины
Рис. II.5. Схема горизонтальной ковшовой турбины
Рис. II.6. Схема вертикальной ковшовой турбины
Компоновка гидроагрегатов меняется в зависимости от напоров. Вертикальные гидроагрегаты имеют более широкое применение. Компоновка гидроагрегата определяется также типом турбины и типом генератора. У вертикальных гидроагрегатов генератор обычно располагается над турбиной и вместе с ней составляет единый агрегат. Различают подвесные и зонтичные генераторы: у подвесных — опора ротора располагается над ротором, у зонтичных — опора помещается под ротором. Колесо турбины и ротор генератора закрепляются на соответствующих валах, жестко соединенных друг с другом с помощью болтов. Вертикальный вал агрегата направляется турбинным и генераторным подшипниками.
