1. Безнапорное движение жидкости. Особенности гидравлики безнапорных потоков

15.2. Гидротурбины
Гидравлические турбины являются устройствами (машинами), в которых энергия потока жидкости преобразуется в механическую энергию. Поток жидкости тем или иным способом направляется на рабочее колесо турбины и, воздействуя на лопасти, приводит его во вращение. На валу колеса создается крутящий момент, который используется для приведения в движение механизмов. Чаще всего вал турбины непосредственно соединен с валом электрического генератора, вырабатывающего электрическую энергию.
По принципу действия турбины делятся на активные и реактивные.
15.2.1. Активные турбины
В активных турбинах происходит преобразование кинетической энергии жидкости в механическую энергию турбины путем прямого воздействия струи воды на лопасти турбины. Давление в жидкости на входе и выходе турбины одинаковое и равно атмосферному.

Рис. 15.6

Активные турбины выполняются в основном ковшовыми. На рис. 15.6. приведена схема активной турбины Пельтона. Колесо турбины представляет собой диск, на окружности которого закреплены лопасти в виде ковшей. Струи воды бьют из специальных сужающих сопел 1, одновременно воздействуя на часть лопастей 2. Мощность турбины регулируется иглой, перемещающейся внутри сопла в осевом направлении и изменяющей расход воды. Активные турбины используют большие напоры – 150–1750 м водяного столба.

15.2.2. Реактивные турбины
В реактивных турбинах изменяется как кинетическая, так и потенциальная энергия жидкости, и давление в жидкости на входе больше, чем на выходе. Реактивные турбины могут быть радиально-осевыми и пропеллерными (осевыми).

Рис. 15.7

На рис. 15.7 приведена схема радиально-осевой турбины системы Френсиса. Вода через направляющий аппарат 2 поступает в рабочее колесо радиально по всему периметру одновременно на все лопасти 1. Внутри колеса направление потока меняется на 90°, вода начинает двигаться в осевом направлении и отводится через трубу 3.

Такие турбины применяются при напорах 25–300 м водяного столба.
Колесо пропеллерной турбины имеет в принципе ту же конструкцию, что и колесо пропеллерного (осевого) насоса (рис. 15.8). Поток воды из спиральной камеры 1 проходит радиально через аппарат 2 и, повернув на 90°, поступает в осевом направлении на лопасти колеса 3.

Рис. 15.8

При обтекании лопастей возникает касательная составляющая силы давления на лопасть, которая создает крутящий момент, вращающий рабочее колесо.

Пропеллерные турбины применяют при малых напорах – меньших 25 м водяного столба.