Классификация гидротурбин

Гидравлической турбиной называется двигатель, преобразующий механическую энергию движущейся воды в механическую энергию вращения рабочего колеса двигателя.

Для потока жидкости удельная энергия потока на входе в рабочее колесо гидротурбины ,м, равна

, (5.1)

а на выходе рабочего колеса

. (5.2)

Здесь z₁ и z₂ - высоты расположения входа и выхода рабочего колеса турбины относительно плоскости сравнения; p₁, p₂, v₁, v₂ - давления и скорости потока жидкости на его входе и выходе соответственно. Величина удельной энергии, отданной потоком рабочему колесу турбины гидроагрегата (напор, используемый в агрегате), равна разности удельных энергий потока до и после рабочего колеса:

= H_g1 - H_g2 = (z₁ - z₂ ) + (p₁ - p₂ )/ g + (v₁² - v₂² )/2g . (5.3)

В (5.3) слагаемое (z₁ - z₂) характеризует так называемую удельную энергию положения потока, слагаемое (p₁ - p₂)/ g - удельную энергию давления, слагаемое (v₁² - v₂²)/2g - удельную кинетическую энергию. Удельные энергии положения и давления составляют вместе удельную потенциальную энергию, отданную потоком жидкости в агрегате. В зависимости от того, какие из трех слагаемых выражения (5.3) доминируют при работе турбины, различают активные и реактивные классы турбин.

В активных турбинах используется только кинетическая энергия потока жидкости. В таких турбинах z₁ = z₂, p₁ = p₂. Для достижения высокого КПД практически весь напор на ГЭС преобразуется перед рабочим колесом в скоростной напор потока. Непосредственно перед рабочим колесом турбины поток воды достигает максимально возможной скорости. В класс активных турбин входят ковшовые, наклонно-струйные турбины и турбины двойного действия. На ГЭС основное распространение получили ковшовые турбины.

В реактивных турбинах хотя бы частично используется и потенциальная энергия потока. Для них (z₁ - z₂ ) + (p₁ - p₂ )/ g 0 . Процесс преобразования энергии на рабочем колесе происходит с избытком давления. В рабочем колесе реактивной турбины используется и кинетическая энергия потока. Класс реактивных турбин в зависимости от конструкции рабочего колеса делится на следующие системы: радиально-осевые, пропеллерные, поворотно-лопастные и диагональные.