6.3. Развитие гидравлических турбин

Глубокие изменения во взглядах на возможности гидроэнергетики произошли в связи с опытами во время Франкфуртской выставки 1891 г. С этого момента началась новая эра в области производства электроэнергии на гидравлических электростанциях.

Для характеристики водяных турбин был введен коэффициент быстроходности, который определял число оборотов при напоре один метр и мощности одна л.с. В первых радиально-осевых турбинах он составлял 60 - 70 об/мин, а к концу XX в. вырос до 320 об/мин.

Для повышения этого коэффициента стали стремиться распределить мощность между несколькими рабочими колесами. Появились горизонтальные и вертикальные турбины сдвоенного типа. Но это был не единственный путь повышения коэффициента быстроходности.

В 1914 г. профессор Дубе (Швейцария) доказал, что при значительном увеличении зазора между направляющим аппаратом и рабочим колесом и одновременным уменьшением длины лопаток рабочего колеса можно довести коэффициент быстроходности до 500 в обыкновенной (не сдвоенной) турбине. Но при работе колеса с неподвижными лопатками при такой реконструкции нельзя было сохранить высокий КПД.

Значительное увеличение коэффициента быстроходности было достигнуто в 1914 - 16 гг., когда профессор В. Каплан (Чехословакия) осуществил радиальный подвод воды в направляющий аппарат и осевое прохождение воды через рабочее колесо при большом зазоре между направляющим и рабочим колесами.

Гидравлические турбины Каплана для низконапорных установок в процессе своего развития прошли 2 стадии.

Стремясь устранить всякие детали, могущие усложнить прохождение воды через рабочее колесо, Каплан в патенте 1916 г. предложил турбину без обода и придал рабочему колесу форму судового гребного винта. Коэффициент быстроходности достиг 1000, а КПД 80 - 82 % при полном давлении, которое регулировалось поворотными лопатками направляющего аппарата. Однако испытания показали, что при неполном подводе воды к рабочему колесу КПД резко падает. Вследствие этого был предложен поворотный тип лопаток рабочего колеса. В настоящее время турбины этого типа называются поворотно-лопастными.

После Днепровской ГЭС, где были установлены американские и отечественные турбины, отечественное гидростроение занимает ведущее место в мире.

Самые крупные поворотно-лопастные турбины установлены на Саратовской ГЭС (диаметр рабочего колеса 10,3 м) [1].

Рекордные мощности (126 МВт) и КПД (94%) были достигнуты в поворотно-лопастных турбинах Волжских ГЭС. Они были отмечены пятой Международной энергетической конференцией в Вене в 1956 г. как высшее достижение мирового гидротурбиностроения.

Вопросы для самопроверки

1) Назовите основные тенденции (направления) развития парового котла с момента его создания и до настоящего времени.

2) Какие основные модернизации претерпел паровой котел с конца XIX до конца ХХ в в.?

3) Дайте определение паровой турбине.

4) Что дает применение расширяющегося сопла в паровой турбине?

5) Какая величина была введена в конце XVII века для характеристики водяных турбин?

6) В качестве какого элемента электрогенератора могут быть использованы паровые турбины?

7) Почему исследователи, ученые стремились повысить коэффициент быстроходности водяных турбин, к чему это привело?

8) Какие причины способствовали развитию теплоэнергетики в начале ХХ века?

9) Что предложил для совершенствования В. Каплан в 1914-1916 годах?