Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как противостоять манипуляциям мужчин? Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?

Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника







Устройство и принцип работы турбин основных типов





 

Основным признаком, характеризующим тип турбины, явля­ется конструкция ее проточной части, которая состоит из трех основных конструктивных элементов: устройства, подводящего воду к рабочему органу; непосредственно рабочего органа или рабочего колеса; устройства, отводящего воду от рабочего колеса. Конструкции турбин должны удовлетворять следующим требо­ваниям: должна быть исключена возможность удара потока жид­кости о подвижные и неподвижные, твердые и жидкие поверх­ности; потери на трение о твердые поверхности должны быть мини­мальными; отработанная жидкость должна выходить из турбины с возможно меньшим запасом энергии.

Главным конструктивным элементом турбины является рабо­чее колесо. В зависимости от конструкции колеса и принципа взаимодействия его с пото­ком жидкости различают четыре вида турбин: ковшо­вые, осевые, диагональные и радиально-осевые.

Рассмотрим устройство и принцип работы турбин ос­новных типов.

Ковшовая турбина(рис. 2). Турбина представляет собой рабочее колесо 7, ук­репленное на валу 8 выше уровня воды. Колесо вра­щается в воздухе, и только часть лопаток взаимодей­ствует с водой. Вода подается на рабочие лопасти 6 по трубопроводу 2 через сопло 1. Рабочее колесо состоит из диска, по окружности которого укреплены рабочие лопасти, по форме похожие на ковши (отсюда название ковшовая). Каждая лопасть выполнена в виде двух полусфер, разделенных ножом 5. Рабочее колесо установлено в корпусе таким образом, чтобы ножи сов­падали с осью струи. При натекании на лопасти струи делятся ножом на две части. Каждая из частей обтекает свою полусферу, воз­действуя на лопасти с силой Р.

Чтобы приблизить струю к центру ковша и устранить удар тыльной стороны лопасти о струю, в лопасти сделана специаль­ная прорезь 4 шириной не менее диаметра dc струи. Размеры ло­пастей также устанавливаются в зависимости от диаметра струи: ширина - (2,8-3,6)dc, длина - (2,5-2,8)dc, толщина -
(0,9-1,0)dc. Число лопастей на рабочем колесе подбирается таким образом, чтобы, во-первых, струя не могла проскочить мимо ковша, т. е. при отходе одной лопасти следующая сразу попадала под струю, и, во-вторых, чтобы каждый последующий ковш не мешал сходу воды с предыдущего. В зависимости от диаметра рабочего колеса общее количество лопастей колеблется от 12 до 40.

Так как скорость обтекания лопастей потоком жидкости очень велика, чтобы уменьшить потери мощности, ковши должны быть изготовлены с большой точностью и качественно обработаны. Кро­ме того, лопасти турбины работают в условиях переменной на­грузки: она максимальна тогда, когда лопасть проходит через струю, а в другое время отсутствует. Это вызывает усталость ме­талла, способствует расшатыванию и ослаблению крепления ковшей. Конструкции крепления лопастей к диску постоянно совершен­ствуются. В последние десятилетия стали применять неразъемные цельнолитые и сварно-литые рабочие колеса.

Мощность, развиваемую турбиной, регулируют изменением по­дачи воды через сопло. Для этих целей служит игла 2, которая позволяет изменять или полностью перекрывать выходное сечение сопла. Временно снизить мощность турбины можно и без умень­шения подачи воды через сопло. Для этих целей служит дефлек­тор, который либо отклоняет, либо отсекает струю.

Рабочее колесо вращается в подшипниках, смонтированных в корпусе турбины, защищенном от разбрызгивания воды кожухом (корпус и кожух на рисунке не показаны). Увеличивая число сопл, подводящих воду к рабочему колесу, можно получить две, четыре или шесть струй; при этом соответственно увеличивается и мощ­ность турбины.

По расположению вала ковшовые турбины делятся на гори­зонтальные и вертикальные. Горизонтальные турбины могут иметь одно или два рабочих колеса на одном валу. В вертикальных тур­бинах, как правило, устанавливается одно рабочее колесо.

В России построено всего несколько ГЭС, оснащен­ных ковшовыми турбинами. В частности, на Татеевской ГЭС уста­новлены вертикальные шестисопловые турбины мощностью 54,6 МВт, изготовленные на Ленинградском металлическом заводе (ЛМЗ).

Такая турбина, рассчитанная на работу при напоре 576-538 м, имеет сварно-литое рабочее колесо из нержавеющей стали диа­метром D= 1,86 м с 20 лопастями и сопло с диаметром выходного отверстия dc = 200 мм.

Осевая турбина(рис. 3). Вращающаяся часть (ротор) тур­бины состоит из рабочего колеса с лопастями 9, вала 1 и обте­кателя 10. К статору 5 примыкают турбинная камера 6 и направ­ляющий аппарат 7. Статор состоит из двух мощных металлических поясов (колец): верхнего опорного 4 и нижнего 8, обеспечиваю­щих прочность всей конструкции. Рабочее колесо содержит от 4 до 8 лопастей. Лопасти либо крепятся жестко под некоторым углом к оси вращения колеса, либо выполняются поворотными; в этом случае угол их установки может изменяться в зависи­мости от нагрузки. В первом случае турбина называется пропел­лерной, во втором - поворотно-лопастной. За рубежом пово­ротно-лопастные турбины обычно называют турбинами Каплана — по имени чешского изобретателя, разработавшего эту конструк­цию. Осевые поворотно-лопастные турбины имеют более высокие энергетические показатели, чем пропеллерные.

Турбинная камера 4 выполнена из стали или бетона и имеет в сечении трапецеидальную форму. Направляющий аппарат со­стоит из направляющих лопаток, которые образуют кольцевые ре­шетки. Лопатки крепятся в нижнем кольце 8 и в крышке турбины 3 посредством осей, что обеспечивает возможность их поворота. На крышке установлен направляющий подшипник 2, ограничи­вающий радиальные перемещения вала рабочего колеса. Число лопаток устанавливается в зависимости от напора: в крупных турбинах при небольшом напоре оно равно 32, при более высоком - 24, а иногда - 20. Назначение направляющего аппарата - регу­лировать подачу воды и обеспечивать закрутку потока перед его входом на лопасти рабочего колеса. Для изменения положения направляющих лопаток служит специальный механизм.

Важным конструктивным элементом реактивной осевой турби­ны является отсасывающая труба 11, представляющая собой плавно расширяющийся водовод, обеспечивающий постепенное сни­жение скорости потока жидкости.

Осевая поворотно-лопастная турбина.Турбинами данного типа оборудовано большинство крупных гидростанций страны. На ри­сунке 4 показана поворотно-лопастная турбина мощностью 126 МВт, установленная на Волжской ГЭС (1- опорная конструкция; 2 - верхнее опорное кольцо; 3 - механизм поворота направляющих лопаток; 4 - турбинная камера; 5 - на­правляющий аппарат с лопатками; 6 - статор; 7 — лопатки рабо­чего колеса; 8 — нижнее опорное кольцо; 9 — вал рабочего коле­са). Она рассчитана на напор до 30 м (номинальный 19,5 м) и максимальный расход 700 м3. Диаметр рабочего колеса 9,3 м, КПД 93,5%.

Осевые поворотно-лопастные турбины могут быть выполнены не только с вертикальным, но и с горизонтальным расположе­нием вала. Особенно широкое распространение получили горизон­тальные осевые турбины для погружных, или капсульных, агре­гатов, у которых электрогенератор расположен в стальной капсуле, обтекаемой водой. Турбины такого типа устанавливают на низко­напорных ГЭС, а также на ГЭС, использующих энергию прилива.

В РФ на побережье Баренцева моря работает Кислогубская приливная ГЭС с горизонтальными гидротурбогенераторами мощностью 400 кВт. На рисунке 5 показан горизонтальный капсульный турбоагрегат Киевской ГЭС. Турбина и генератор за­ключены в стальную капсулу 4. В состав агрегата входят также отсасывающая труба 5, сорозадерживающая решетка 3, затворы водослива 1 для пропуска паводковых вод, коммуникационная шахта 2. Прямоосное движение потока и отсутствие поворота в отсасывающей трубе позволяют уменьшить гидравлические потери и повысить КПД. Горизонтальные турбины развивают мощность на 20-25% выше, чем вертикальные с аналогичными параметрами.

Диагональные турбины.Диагональные турбины разработаны сравнительно недавно. Они рассчитаны на работу при более вы­соких напорах и отличаются от осевых турбин главным образом тем, что лопасти рабочего колеса установлены под меньшим углом наклона к оси его вращения (45-60°). В связи с этим конструк­ция рабочего колеса и камеры диагональных турбин несколько изменены по сравнению с осевыми, а стартор, направляющий ап­парат и механизм привода направляющих лопаток такие же. На рисунке 6 показана крупнейшая диагональная поворотно-ло­пастная турбина мощностью 215 МВт с диаметром рабочего колеса 6 м, созданная на ЛМЗ.

Лопасти рабочего колеса 5 с цапфами 4 укреплены под углом 45° в корпусе 2 сферической формы. На каждой цапфе имеется рычаг 6, соединенный шаровым шарниром с тягой 3, предназна­ченный для одновременного поворота всех лопастей рабочего ко­леса на один и тот же угол. Привод этого механизма произво­дится от сервомотора 1. Камера 7 рабочего колеса имеет сфери­ческую форму. Это обеспечивает небольшие зазоры между стенками камеры и лопастями рабочего колеса, что повышает КПД тур­бины.

Радиально-осевые турбины(рис. 7). Турбины данного типа (за рубежом их называют турбинами Френсиса) предназначены для работы при средних напорах (от 40 до 700 м). Конструкция рабочего колеса радиально-осевой турбины существенно отлича­ется от рассмотренных выше. Лопасти 11 колеса для большей прочности жестко заделаны в ступицу 4 и обод 10 и образуют как бы круговую решетку. Рабочее колесо соединяется фланцем с валом 2. Для снижения гидравлических потерь при выходе воды с лопаток служит обтекатель 12.

Вода подводится к рабочему колесу по турбинной камере 6 спиральной формы. Стартор 7, направляющий аппарат 9, верхнее 5 и нижнее 8 опорные кольца, крышка 3 и другие элементы мало отличаются от соответствующих конструкций элементов рассмотренных осевых турбин.

Радиально-осевые турбины установлены в РФ и СНГ на многих крупных ГЭС: Днепропетровской ГЭС (75 МВт), Братской ГЭС (225 МВт), Красноярской ГЭС (508 МВт), Саяно-Шушенской ГЭС (650 МВт) и др. Например ра диально-осевая турбина Братской ГЭС рассчитана на напор до 106 м, имеет диаметр рабочего колеса 5,5 м, КПД 93%.

Области применения турбин различных классов и типов в зависимости от напора показаны на рис. 8. Из схемы видно, что осевые турбины применяются при низких напорах (не выше 70 м), диагональные – при напорах 40-200 м, а радиально-осевые – при напорах 40-700 м. Таким образом, реактивные турбины работают в широкой области напоров (от 1-2 до 700 м). Наиболее высокий напор (от 400 до 1500 м и более) способны воспринимать активные ковшовые турбины.

Области применения турбин некоторых типов перекрываются. Например, при напорах 50-70 м могут работать и осевые, и диагональные, и радиально-осевые турбины. В этом случае при выборе типа турбины решающее значение имеют технико-экономические соображения.

 








Date: 2015-05-04; view: 1613; Нарушение авторских прав

mydocx.ru - 2015-2017 year. (0.006 sec.) - Пожаловаться на публикацию