Конструкции, характеристики и методы регулирования гидротурбин

Рабочая камера гидротурбины античных времен

Водяная мельница (подливное колесо)

Водяная мельница (наливное колесо)

Простейшая схема получения энергии с водяного колеса

Принцип работы активной (слева) и реактивной (справа) гидротурбин

Треугольники скоростей на входе и выходе лопасти гидротурбины

Гидротурбоагрегат с поворотно-лопастной турбиной

Рабочее колесо осевой гидротурбины

Гидротурбоагрегат с радиально - осевой турбиной

3D схема проточной части радиально-осевой турбины

Схема ковшовой гидротурбины

Колесо диагональной турбины

Общая схема ГЭС

Русловая и деривационная ГЭС

Гидроэлектростанция руслового типа

Русловая ГЭС с плотиной арочного типа (Чиркейская ГЭС)

Гидроэлектростанция деривационного типа

Деривационная ГЭС

Поворотно-лопастная гидротурбина в составе ГЭС

Радиально-осевая гидротурбина

Радиально-осевая турбина с горизонтальным валом и маховиком (очень старая конструкция) в сборочном цеху

Пропеллерная турбина (осевая турбина однократного регулирования)

Шестисопловая ковшовая турбина в составе гидроагрегата

Двухсопловая ковшовая гидротурбина

Монтаж ковшовой гидротурбины

Колесо ковшовой гидротубины

Двукратная гидротурбина (турбина двойного действия)

Наклонно-струйная гидротурбина

Рабочие характеристики гидротурбин

Эксплуатационная характеристика радиально-осевой гидротурбины

Универсальная характеристика поворотно-лопастной гидротурбины

Универсальная характеристика радиально-осевой гидротурбины

Универсальная характеристика ковшовой гидротурбины

Универсальная характеристика пропеллерной гидротурбины

Построение универсальной характеристики поворотно-лопастной гидротурбины с учетом комбинаторной зависимости

Методы регулирования различных гидротурбин
Радиально-осевые и пропеллерные турбины – турбины однократного регулирования, регулируются поворотом лопастей направляющего аппарата, установленного перед входом в колесо турбины
Поворотно-лопастные гидротурбины – турбины двукратного регулирования, регулируются как поворотом лопастей направляющего аппарата на входе в колесо, так и путем изменения в ходе работы угла установки лопастей рабочего колеса. При этом должна соблюдаться комбинаторная зависимость между углами поворота лопастей двух лопастных решеток – неподвижной и вращающейся (направляющего аппарата и колеса).
Ковшовые гидротурбины регулируются путем изменения проходного сечения соплового аппарата за счет поступательного движения регулировочной иглы.
Наклонно-струйные турбины с точки зрения регулирования аналогичны ковшовым.
Турбины двойного действия регулируются дросселированием
Любые малые турбины могут регулироваться дросселированием, однако это невыгодно с энергетической точки зрения и поэтому для больших турбин неприменимо.
Любое регулирование турбин имеет целью поддерживать строго постоянную частоту вращения вала электрогенератора при переменной мощности на клеммах генератора. Соответственно, в основе алгоритмов управления лежит обратная связь по частоте вращения вала. Для малых турбин, включенных в общую сеть, можно в ряде случаев обойтись без устройств регулирования, т.к. роль опорной частоты играет сетевой ток от внешнего источника.

Конструкция направляющего аппарата турбины

Фотография направляющего аппарата

Кинематика направляющего аппарата

Один из вариантов механизма поворота лопастей во втулке колеса поворотно-лопастной гидротурбины

Элемент управления ковшовой гидротурбины

Сборка пропеллерной гидротурбины для миниГЭС

Ковшовая гидротурбина

Ковшовые турбины

Пропеллерные гидроагрегаты по 550 КВт

МикроГЭС

Схема микроГЭС

Агрегаты миниГЭС

Гидроаккумулирующие станции (ГАЭС)
Загорская (Сергиев-Посадская) ГАЭС
Строительство ГАЭС началось в 1974, закончилось в 2003. Состав сооружений ГАЭС:
земляная плотина на реке Кунья;
дамбы, образующие верхний бассейн;
напорные водоводы;
здание ГАЭС.
Мощность ГАЭС — 1200/1320 МВт (в турбинном/насосном режимах), среднегодовая выработка — 1 932 млн кВт*ч.
В здании ГАЭС установлено 6 обратимых гидроагрегатов радиально-осевого типа мощностью по 200/220 МВт, работающих при расчётном напоре 100 м.
ГАЭС создала 2 небольших водохранилища — в нижнем бьефе, на реке Кунья, и в верхнем бьефе.
Сейчас строится 2 очередь ГАЭС, мощностью 840 МВт.

Фотографии Загорской ГАЭС

Киевская ГАЭС
Рабочий напор – 73 м.
Мощность – 235 МВт

Обратимая гидромашина осевая капсульного типа

Сравнение насосного и турбинного колеса

Обратимые гидромашины

Обратимая гидромашина «Изоджир»

Разрез плотины и машзала СШ ГЭС

Упрощенная схема аварии на СШГЭС

Порядок расчета гидротурбины (для РО и ПЛ)
Исходные данные – Нмакс, Нр, Нмин, мощность (или расход), высота отсасывания Нs
Выбор типа турбины по коэффициенту быстроходности, напору и сводному графику характеристик
Есть универсальная характеристика выбранной модельной турбины – с нее берем величину приведенного расхода, по нему определяем диаметр D1 из формулы подобия. Находим приведенную частоту вращения (опт.)
Находим n и округляем до ближайшего значения синхронной частоты вращения
Уточняем К.П.Д. с учетом Re
Проверяем величину высоты отсасывания

Определение приведенных величин и ns