Класифікація, конструкція і принцип дії

Гідротурбіни - це гідравлічні двигуни, які перетворюютьенергію води, що рухається, на механічну обертову енергію. Оскільки гідроенергетичні установки перетворюють енергію води переважно на електричну, то турбіна є приводом для електричного генератора (гідрогенератора). Ротори гідротурбіни і гідрогенератора, як правило, насаджені на єдиний вал, який має спільну систему опор частин, що обертаються. Таке об'єднання створює складну машину, яка називається гідроагрегатом.

Залежно від способу дії потоку води на робочі органи робочих коліс гідротурбіни діляться на реактивні й активні.

Реактивні турбіни. У цих турбінах використовується енергія тиску і швидкісна енергія. Робота їх заснована на використанні реактивної сили струмини води, яка протікає крізь міжлопатевий простір турбіни. Вони застосовуються переважно на невеликих ГЕС, оскільки здатні працювати при малих напорах. Кожен вид турбіни - це гідравлічний пристрій, до якого входять проточна частина, що включає підвідні органи (турбінна камера, колони статора, лопаті напрямного апарата), робочі органи (лопатева система робочого колеса) і відвідні органи (відсмоктувальна труба). Турбіна має частини, які обертаються, і такі, що не обертаються. До обертових частин належить основний робочий орган турбіни - робоче колесо з валом. До частин, що не обертаються, належать закладні частини (статор, облицювання камер) і частини робочих механізмів (напрямний апарат, кришка, підшипник).

Робоче колесо цих турбін повністю розміщується у воді, і енергія її потоку передається одночасно всім лопатям робочого колеса. Вони можуть використовуватися і у зворотному режимі, тобто як насоси.За типом робочого колеса реактивні турбіни діляться на радіально-осьові, поворотнолопатеві і пропелерні.

 

Радіально-осьові турбіни (РО). У них вода при вході в робоче колесо рухається в радіальному напрямку, а виходить з робочого колеса в осьовому напрямку. Турбіни РО складаються з робочого колеса, напрямного апарата з поворотними лопатями та інших елементів (рис. 4.16).

Робоче колесо перетворює енергію води на механічну. Напрямний апарат призначений для регулювання витрати води, яка надходить на робоче колесо, недопущення її закручування і є запірним пристроєм при зупинці турбіни. Спіральна камера, по якій вода підводиться до турбіни, призначена для забезпечення рівномірного підведення води по всьому контуру напрямного апарата з найменшими втратами напору. Відсмоктувальна труба забезпечує корисне використання всього напору.

Принцип дії РО турбіни полягає в наступному. Потік води через спіральну камеру рівномірно підводиться до напрямного апарата, через який надходить на робоче колесо в радіальному напрямку й змінює його на осьовий. Проходячи по міжлопатевих просторах робочого колеса, вода своєю реактивною силою надає обертовий рух його валу. Від вала турбіни обертовий рух передається безпосередньо електрогенератору.

Ці турбіни застосовуються при напорах від двох і більше метрів.

 

 

 

 

Поворотнолопатеві турбіни (ПЛ). У них вода рухається вздовж осі. Турбіни ПЛ складаються із втулки, на якій закріплюються лопаті, і напрямного апарата (рис. 4.17).

Лопаті турбін ПЛ повертаються відносно своєї осі, перпендикулярної валу турбіни, для забезпечення високих ККД при змінах напору та витрати води. Повертання лопатей здійснюється автоматично за допомогою гідро- чи електропривода.

Кількість лопатей у робочому колесі 4...6 шт. Робоче колесо опущене нижче напрямного апарата. Вода в напрямному апараті рухається радіальне, а пройшовши крізь нього, змінює напрямок на рух вздовж осі робочого колеса, викликаючи обертання останнього. Далі потік проходить по відсмоктувальній трубі в нижній б'єф.

Пропелерні (осьові) турбіни (ПР). Це турбіни, які конструктивно схожі з турбінами ПЛ, але в них лопаті на втулці встановлюються жорстко. Змінити положення лопатей можна, тільки зупинивши турбіну, після чого необхідно відкрутити болти, якими закріплені лопаті, встановити лопаті під необхідним кутом і знову їх закріпити. Робоче колесо в них опущене нижче напрямного апарата.

Активні турбіни. У них використовується тільки швидкісна (кінетична) енергія потоку води. Принцип роботи активних турбін полягає в безпосередній дії струмини води на її лопаті (ковші). Установлюються вони на ГЕС, де забезпечується великий напір при малій витраті води, що мас місце на дериваційних гідровузлах.

Активна турбіна складається з робочого колеса у вигляді диска, на якому закріплені ковші, і напрямного апарата у вигляді сопла (рис.4.18, б). Робоче колесо встановлюється над рівнем води в нижньому б'єфі на такій висоті, щоб воно не підтоплювалося водою.

На рис. 4.18 показані схеми гідроенергетичних установок.

Початком реактивної турбіни (рис. 4.18, а) вважається переріз 1-1, тобто вхід у турбінну камеру. Вихідний переріз відсмоктувальної труби 3-3 є кінцем турбіни. Напором турбіни Н _т називається різниця питомої енергії води між входом і виходом турбіни. Нехтуючи швидкісною енергією, різниця якої у верхньому й нижньому б'єфах невелика, і відраховуючи потенціальну енергію від рівня води у верхньому б'єфі (РВБ), запишемо питому енергію в трьох перерізах - 0-0, 1-1, 3-3 -у вигляді рівнянь:

е₀ =РВБ-РНБ= Н _ст;

е₁=е₀ - h _в = H _ст - h _в;              (4.16)

е₃ =0,

де Н _ст - статичний напір; h _в - втрати напору у водоприймачі і турбінному водоводі.

 

 

 

Тоді, згідно з визначенням,

Н _т= е₁ - е₃= Н _ст - h _в.            (4.17)

У зворотному режимі, тобто коли турбіна використовується як насос, напір Н_н визначається залежністю

Н_н= Н _ст + h _в.                  (4.18)

Напір активної ковшової турбіни (рис. 4.18, б) знаходиться як різниця питомих енергій води перед соплом і на сході з робочого колеса (перерізи 1-1 і 3-3). Згідно з рис. 4.18, б,

е₁= Н _ст - h _в; е₃= h _к             (4.19)

де h _к - висота розташування ковшів над РНБ у місці дії на них струмини.

Тоді напір турбіни визначається залежністю

Н _т= е₁ – е₃= Н _ст- h _в - h _к.          (4.20)

Потужність турбіни визначається залежністю

N _т =9,81 QH _т η _т.             (4.21)

де Q - витрата води, яка проходить через турбіну;  - η _т ККД турбіни.

 

 

 

Мікрогідроелектростанції. Це сучасні комплексні гідрогенератори, розраховані на забезпечення потужності від 3 до 100 кВт при напорах води 3... 12м і витратах 0,2...... 1,3 м³/с. Виготовляються з 1991 р. на харківському заводі "Турбоатом" і призначені для невеликих сільських господарств.

Складаються вони з пропелерної турбіни з напрямним апаратом та генератора, розташованого на загальному з турбіною валу (рис. 4.19).

Лекція №14.

Тема: Гідропривід.

План заняття.

1. Загальні відомості.

2. Об'ємний гідропривод.

3. Гідравлічні агрегати і пристрої. Гідророзподільники. Гідроклапани тиску. Дроселі і синхронізатори. Гідроакумулятори. Гідродинамічні передачі, гідродинамічні муфти. Гідротрансформатори.

4. Застосування гідродинамічних передач на мобільній сільськогосподарській техніці.

Загальні відомості.

Однією з основних умов збільшення продуктивності сільськогосподарських машин є поліпшення техніко-економічних показників приводів, підвищення їхньої надійності і довговічності.

Приводом називають агрегат або декілька агрегатів, призначених для надання руху машинам і механізмам.

Привод складається з двигуна, передачі, механізмів керування і допоміжних пристроїв. У залежності від основного виду передачі розрізняють механічний, гідравлічний і пневматичний приводи. Передачею називають пристрій для перетворення енергії двигуна в рух робочого органа машини. Застосовуючи ту саму передачу, наприклад гідродинамічну, з різними двигунами (наприклад двигуном внутрішнього згоряння чи електродвигуном), одержимо різні властивості привода. Тому характеристика привода в цілому складається зі взаємодії характеристик двигуна і передачі. Це знаходить висвітлення й у назвах приводів: дизель-електричний, електрогідравлічний та ін.

Передачі, що перетворюють механічну енергію двигуна, розділяються на механічні, гідравлічні, електричні і пневматичні в залежності від виду тіла, що бере участь у перетворенні енергії. Так, у механічних передачах рух передається і перетворюється за допомогою взаємодії твердих тіл. У гідравлічних передачах (гідропередачах) робочим тілом, що передає енергію, є рідина, у пневматичних – повітря (газ).

Кожна передача має вхідну (ведучу) і вихідну (ведену) ланки. У передачі обертального руху вхідною і вихідною ланками будуть обертові вали. У передачі поступального руху вхідною ланкою може бути вал, наприклад, насоса, а вихідною ланкою - поршень у гідроциліндрі. Однак вхідною ланкою може бути і поршень, що поступово переміщується, наприклад поршень головного гальмового циліндра в безнасосній системі керування гальмами.

Гідропневмоприводи поділяються на гідростатичні (об'ємної дії) і гідродинамічні. У першому тиск створюється насосом і передається на виконавчий орган (гідроциліндр чи гідромотор) через робочу рідину як через проміжне тіло.

У другому робоча рідина обертається за допомогою відцентрового колеса (ведуча ланка). Кінетична енергія рідини, яка обертається, реалізується на турбіні (ведена ланка). Ведуча і ведена ланки розташовуються при цьому в спільному корпусі. Основною особливістю гідродинамічної передачі є відсутність жорсткого зв'язку між ведучою і веденою ланками.

Перевага гідростатичної передачі в порівнянні з гідродинамічною полягає в можливості реалізації великих передаточних чисел при одночасному перетворенні обертального руху на поступальний і навпаки. Другою важливою перевагою гідростатичної передачі є легкість відділення ведучого органа від веденого. Завдяки цим властивостям гідростатичний привод цілком заміняє складну механічну трансмісію з усіма її вузлами і деталями.

Об'ємний гідропривод.