HydroMuseum - Гідротурбіни
Реактивна турбінаявляла собою удосконалене колесо Сегнера. Вона мала турбінне колесо, насаджене на вал, з особливим чином викривленими лопатками. Це колесо укладало в собі або було оточене направляючим апаратом. Останній уявляв собою нерухоме колесо з напрямними лопатками. Вода прямувала вниз через направляючий апарат та турбінне колесо, причому лопатки першого спрямовували воду на лопатки другого. При виливанні вода давила на лопатки та обертала колесо. Від валу обертання передавалося далі до якогось пристрою (наприклад, електрогенератора). Реактивні турбіни виявилися дуже зручними там, де напір води невеликий, але є можливість створити перепад у 10-15 м. Вони набули у XX столітті дуже широкого поширення. Іншим поширеним типом турбін булиструменеві (активні). Їх важливий пристрій полягала в тому, що струмінь води під сильним натиском ударяла в лопатки колеса і цим змушувала його обертатися. Подібність струминної турбіни з нижньобійним колесом дуже велика. Прообрази таких турбін з'явилися ще в середні віки, як це можна зробити з деяких зображень того часу. Вактивних гідротурбінахвода до робочого колеса може подаватися через одне або кілька сопел або відразу через всі сопла (кільцевим струменем). Відповідно в першому випадку працює тільки одна або кілька лопат, а в другому - одночасно всі лопаті робочого колеса. Потужність активної гидротурбины регулюють або рахунок зміни числа відкритих сопел, т. е. числа працюючих лопатей, або рахунок зміни площі вихідного перерізу сопел (всіх одночасно).
Мал. 1. Схема активної гідравлічної турбіни: а – робоче колесо; б - сопла
Найбільш поширеним різновидом активнимгідротурбіни є ковшова турбіна. Вода на лопаті (ковші) робочого колеса потрапляє по дотичній до кола, що проходить через центри ковшів, і не безперервно, а лише при проходженні ними зони дії напірного струменя. Число ковшів вибирають мінімальним (зазвичай 18-26) з розрахунку безперервності переходу струменя з однієї лопаті на іншу (без проскоку струменя між ними). Активні гідротурбіни застосовують при напорах св. 500-600 м. Найбільший використовуваний ковшовими гідротурбінами натиск - бл. 1800 м-код на ГЕС Рейсек в Австрії.
Перша реактивна гідротурбіну потужністю 6 л. с. була побудована 1827 р. французьким інженером Б. Фурнероном. У 1855 р. американський інженер Дж. Френсіс винайшов радіально-осьове робоче колесо з неповоротними лопатями, а в 1887 р. німецький інженер Фінк запропонував напрямний апарат із поворотними лопатками. Через два роки американський інженер А. Пелтон отримав патент на активну ковшову гідротурбіну. У 1920 р. австрійський інженер В. Каплан отримав патент на поворотно-лопатеву гідротурбіну. До кін. 20 ст. в Україні були створені і успішно працювали гідротурбіни одиничною потужністю 508 і 650 МВт (Красноярська і Саяно-Шушенська ГЕС) з розрахунковим натиском 93 і 194 м, діаметром робочого колеса 7.5 і 6.5 м відповідно, а в Японії - гідротурбіни колеса 9.7 м та натиском 87 м (встановлені на ГЕС Гранд-Кулі-III у США).
Мал. 2. Ковшова турбіна
Мал. 3. Схема реактивної гідротурбіни: а - робоче колесо; б - напрямний апарат.
Мал. 4. Проточна частина реактивних гідротурбін складається з наступних основних елементів спіральної камери гідротурбіни 1; направляючого апарату 2, що регулює витрату води; робочого колеса 3 і труби, що відсмоктує, 4, що відводить воду відгідротурбіни.
Реактивні гідротурбіни за напрямом потоку в робочому колесі поділяються на осьові та радіально-осьові.
Гідротурбіни
У 1855 р. американський інженер Дж.Френсіс винайшов радіально-осьове робоче колесо гідротурбіни з неповоротними лопатями, а в 1887 р. німецький інженер Фінк запропонував напрямний апарат з поворотними лопатками. У робочому колесі турбін радіально-осьового типу потік води спочатку рухається радіально (від периферії до центру), а потім в осьовому напрямку (на вихід). Застосовують при тиску до 600 м. Потужність до 640 МВт.
У 1884 році американський інженер Пельтон значно вдосконалив струминну турбіну, створивши нову конструкцію робочого колеса. У цьому колесі гладкі лопатки колишньої струминної турбіни були замінені особливими, ним винайденими, що мають вигляд двох з'єднаних разом ложок (ковшів). У цієї гідротурбіни вода на лопаті робочого колеса надходила через сопла по дотичній до кола, що проходить через середину ковша. При цьому вода, проходячи через сопло, формувала струмінь, що летить з великою швидкістю і ударяє об лопатку турбіни, після чого колесо проверталося здійснюючи роботу. ККД турбіни Пельтона був дуже високий і наближався до 85%, тому вона й набула найширшого поширення. Наразі його застосовують при напорах понад 500 м.
1920 р. австрійський інженерВ. Каплан отримав патент на поворотно-лопатеву гідротурбіну. Поворотно-лопатева гідротурбіна має подвійне регулювання - потужність регулюється одночасним поворотом лопаток направляючого апарату та робочого колеса. Застосовується при тиску 15-60 м.