Прямоточные гидротурбины
Установка прямоточной турбины в водоводе
Bulb-конструкция прямоточной турбины с интегрированным генератором
Bulb-конструкция прямоточной турбины с интегрированным генератором
Bulb-конструкция прямоточной турбины с интегрированным генератором
Прямоточная гидротурбина — это специализированный тип реакционной гидротурбины, предназначенный для эффективной работы на низких напорах и больших расходах воды. Её конструкция и принцип работы имеют ряд уникальных особенностей, которые выгодно отличают её от других типов гидротурбин (Каплан, Фрэнсис, Пелтон и др.).
1. Определение и стандартизация
- Согласно ГОСТ 23956-80, Прямоточная гидротурбина — это осевая гидравлическая турбина с осевым подводом и отводом воды
- Иностранные эквиваленты: Tubular hydraulic turbine (англ.), Rohrturbine (нем.), Turbine hydraulique a courant direct (фр.)
2. Основная отличительная особенность: горизонтальное (или наклонное) расположение оси и прямоточный (аксиальный) поток воды
Ключевая конструктивная особенность прямоточной турбины — это горизонтальное или слегка наклонное расположение оси вращения и прямоточный (аксиальный) проход воды через турбину.
- Вода проходит через турбину параллельно оси вращения, не изменяя направления потока, что минимизирует гидравлические потери и позволяет создавать очень компактные и низкопрофильные гидроагрегаты.
- В отличие от большинства других турбин (например, Каплан или Фрэнсис), где ось обычно вертикальная, у прямоточной турбины ось горизонтальная или наклонная, а поток воды не изгибается, а движется прямо через рабочее колесо.
3. Компактность и модульность конструкции
- Благодаря горизонтальному расположению и прямоточной схеме, прямоточные турбины позволяют существенно уменьшить размеры машинного зала и всей гидроэлектростанции.
- Часто используется так называемая "bulb"-конструкция: генератор и турбина размещаются внутри герметичного корпуса ("bulb") прямо в водоводе, что ещё больше снижает строительные затраты и позволяет интегрировать турбину непосредственно в тело плотины, канала или шлюза.
4. Применение на низких напорах и больших расходах
- прямоточные турбины оптимальны для работы на низких напорах (обычно 2–30 метров) и больших расходах воды, где другие типы турбин (Фрэнсис, Пелтон) неэффективны или нецелесообразны.
- Они широко применяются на русловых ГЭС, приливных электростанциях, в каналах и оросительных системах, а также в комплексных гидроузлах с судоходными шлюзами.
5. Прямоточная схема и экологичность
- Прямолинейный проход воды через турбину делает её более "дружелюбной" к рыбе и другим водным организмам, снижая риск травмирования.
- Такая конструкция часто используется в экологически чувствительных районах, где требуется минимальное вмешательство в природные потоки и сохранение миграционных путей рыб.
6. Возможность регулирования
- Многие прямоточные турбины оснащаются регулируемыми лопастями рабочего колеса и направляющими аппаратами, что позволяет поддерживать высокий КПД (85–92%) в широком диапазоне расходов и напоров.
- Однако диапазон регулирования обычно уже, чем у турбин Каплана, но достаточен для большинства низконапорных объектов.
7. Сравнение с другими типами турбин
| Характеристика | Прямоточная | Каплан | Фрэнсис | Пелтон |
|---|---|---|---|---|
| Ось вращения | Горизонтальная/наклонная | Вертикальная | Вертикальная/горизонтальная | Горизонтальная/вертикальная |
| Направление потока | Аксиальное (прямоточное) | Аксиальное | Радиально-аксиальное | Тангенциальное |
| Диапазон напоров | Низкий (2–30 м) | Низкий (2–30 м) | Средний (10–300 м) | Высокий (более 300 м) |
| Компактность | Очень высокая | Средняя | Низкая | Средняя |
| Основная особенность | Прямоточная схема, компактность | Регулируемые лопасти | Универсальность, смешанный поток | Импульсная работа |
8. Примеры применения
- ГЭС Гестхахт (Германия): Классический пример применения прямоточных турбин на низком напоре (около 2,5 м) с большим расходом.
- Кембс (Франция), Xiaolangdi (Китай), проекты на реке Снейк (США): Демонстрируют успешную эксплуатацию прямоточных турбин в различных климатических и гидрологических условиях.
- Малые ГЭС в Японии: Использование компактных модульных прямоточных турбин для распределённой генерации и электрификации сельских районов.
- Россия: прямоточные турбины установлены на Нижегородской ГЭС (напор 14 м), Чебоксарской ГЭС (напор 18 м), и планируются к использованию на ряде проектов модернизации существующих низконапорных ГЭС Волжско-Камского каскада. Также применяются на малых ГЭС в Карелии и Архангельской области для использования потенциала равнинных рек.
9. Краткое резюме
- Главная отличительная особенность прямоточной гидротурбины — это горизонтальное (или наклонное) расположение оси и прямоточный (аксиальный) проход воды через рабочее колесо, что обеспечивает компактность, высокую эффективность на низких напорах и возможность интеграции в различные гидротехнические сооружения.
- Благодаря этим особенностям прямоточные турбины являются оптимальным выбором для низконапорных, высоко расходных и экологически чувствительных гидроэнергетических объектов.
- Простота монтажа и минимальные требования к строительным работам делают их особенно привлекательными для модернизации существующих гидроузлов.
Запросить расчет стоимости
Получите персональное предложение