Рис. 2-23. Диагональная поворотно-лопастная турбина.

Рис. 2-24. Рабочее колесо диагональной поворотно-лопастной турбины Зейской ГЭС диаметром 6 м в процессе монтажа.

скую форму, что обеспечивает возможность поддерживать малый зазор между камерой и концами лопастей. Зазоры оказывают ощутимое влияние на энергетические показатели диагональных турбин и не должны превышать 1/1000 диаметра рабочего колеса турбины Dj, а желательно еще меньшее значение.

Характерный диаметр диагональной турбины определяется по пересечению осей поворота лопастей с камерой (рис. 2-25). Относительный диаметр горловины камеры Dp. составляет 0,95-0,98. Необходимо отметить, что если в осевых турбинах Dj определяет наибольший диаметр рабочего колеса, то в диагональных диаметр по входным кромкам лопастей больше Dj.

Диагональные турбины являются новой системой, и этим можно объяснить, что еще не существует сложившегося, единого представления о целесообразной области их использования [18]. Эти турбины могут иметь не только

различное число лопастей, но и различный угол 0 (рис. 2-25). С ростом напора угол 0 уменьшается. Соотношения примерно такие: напоры 40-80 м, 0 = 60°; напоры 60-130 м, 0 == 45°; напоры 120-200 м, 0 = 30°.

Рис. 2-25. Формы рабочих колес диагональных турбин.

2-6. РАДИАЛЬНО-ОСЕВЫЕ ТУРБИНЫ

Здание ГЭС, в котором установлена радиально-осевая турбина, показано на рис. 2-4, а область использования турбин этого вида по напорам дана на рис. 2-1. Более детально устройство и конструкцию радиально-осевых турбин (за границей их называют турбинами Френсиса) рассмотрим на примере одного из вариантов созданной ЛМЗ уникальной турбины Саяно-Шушенской ГЭС, показанной на рис. 2-26 и имеющей следующие параметры: напоры 175-220 м, мощность расчетная 650 МВт, при напоре 206 м и выше 710 МВт, диаметр рабочего колеса = 6,5 м, частота вращения п = 136,4 об/мин.

Подводящая часть радиально-осевой турбины, как и у реактивных турбин других видов, состоит из турбинной спиральной камеры со стальной облицовкой (см. также рис. 2-27, на котором показано сечение радиально-осевой турбины по средней линии направляющего аппарата), колонн статора 1 с мощными верхним и нижним стальными поясами а и Ь, к которым приварена облицовка турбинной спиральной камеры, и из направляющих лопаток 2, образующих направляющий аппарат турбины. Здесь число направ-

ieli

в к

л 2.

3 = ....

я я £ с ..с S .

к x 3 o,x

m I S.S..S я

a 1 >.

iilll

я * 3 S 4,

я I о, . -

(u ч--о в я

3 а--

< g i

ЛЯЮЩИХ лопаток 24 (бывает 20). Цапфы направляющих лопаток имеют опоры с втулками в кольце 3, укрепленном на нижнем поясе статора 6, и в стаканах 5, укрепленных,в крышке турбины 4. Крышка крепится болтами 6 к верхнему поясу статора.

Рис. 2-27. Радиально-осевая турбина. Сеченне по средней линии направляющего аппарата.

Число колонн статора, включая зуб спиральной камеры, в данном случае равно числу направляющих лопаток и составляет 24, но часто число колонн статора в 2 раза меньше.

Механизм привода и поворота лопаток направляющего аппарата аналогичен механизму, применяемому в осевых и диагональных турбинах и.показанному на рис. 2-14, и состоит из рычагов 12, насаженных на верхний конец цапф направляющих лопаток, серег 13 и регулирующего кольца 14. Изменение открытия направляющего аппарата Од (см. рис. 2-8) осуществляется поворотом регулирующего кольца 14, для чего служат два сервомотора СНА, штоки которых 15 соединены с регулирующим кольцом (см. схему на рис. 2-15).

В последние годы иногда применяют индивидуальные сервомоторы для каждой направляющей лопатки. Это хотя и увеличивает число точек управления, но позволяет исключить регулирующее кольцо, которое у крупных турбин представляет весьма массивную и жесткую деталь, рассчитанную на восприятие больших нагрузок, и дает дополнительные эксплуатационные преимущества.

Характерные размеры направляющего аппарата в данном случае составляют: высота йо = 1.04 м или по (2-1) йо = 0,16, диаметр по осям поворота Dq - 7,85 м или по (2-2) В^= 1,21. Значительное уменьшение относительной высоты направляющего аппарата по сравнению с осевыми турбинами объясняется тем, что здесь напор намного больше и направляющие лопатки, работающие на изгиб, приходится делать короче, с меньшим пролетом для снижения изгибающего момента. Кроме того, с увеличением напора уменьшается при той же мощности расход и это позволяет уменьшить проходные сечения. Вообще 1) с ростом напора снижается.

Уплотнение направляющего аппарата, обеспечивающее минимум протечек при полном закрытии, достигается сокращением торцевых зазоров, плотным прилеганием лопаток, применением резиновых или обработанных металлических уплотняющих прокладок (из нержавеющей стали), а при высоких напорах и установкой специальных резиновых трубчатых уплотнений, способных полностью перекрывать торцевые зазоры путем нагнетания в их полости сжатого воздуха.

Рабочее колесо (рис. 2-26). Пройдя направляющий аппарат, вода попадает на рабочее колесо турбины, которое состоит из верхнего обода 9, нижнего обода 10 и лопастей . Число лопастей равно 16. В других турбинах данного вида оно составляет 14-19. Лопасти и ободы представляют собой единую жесткую конструкцию. Верхним ободом рабочее колесо крепится к нижнему фланцу 7 вала 8, который в данном случае представляет собой толстостенную трубу наружным диаметром 1,9 м. К верхнему ободу прикреплен обтекатель 18, предназначенный для устранения вихревой зоны в потоке.

Радиально-осевая турбина имеет существенное отличие по форме и конструкции рабочего колеса от осевых и диагональных поворотно-лопастных турбин: в частности, у радиально-осевой турбины лопасти закреплены жестко и не могут изменять угол установки (рис. 2-28).

Как уже отмечалось, за характерный диаметр рабочего колеса, как и самой радиально-осевой турбины D, принимается наибольший диаметр по входным кромкам рабочих лопастей. В данном случае на рис. 2-26 = 6,5 м.

Уплотнения рабочего колеса. При работе турбины в потоке перед рабочим колесом давление высокое, а за ко-

лесом низкое и часто возникает даже вакуум. Следовательно, при работе турбины часть воды может бесполезно протекать через зазоры между вращающимися и неподвижными элементами, что будет снижать ее к. п. д. С целью уменьшения этих протечек предусматриваются специальные уплотнения. На рис. 2-26 видны установленные на нижнем ободе щелевые уплотнения 19а и 196 (здесь слева и справа показаны два различных варианта конструкции нижнего обода рабочего колеса и его уплотнения), работа которых основывается на создании малого зазора между вращающейся и неподвижной деталью (1,5- 2,5 мм). Иногда с целью повышения коэффициента сопротивления делаются еще и уширенные канавки (19а). При очень высоких напорах применяют лабиринтное уплотнение, которое видно на рис. 2-30, поз. 6.

Уплотнения на верхнем ободе рабочего колеса необходимы при наличии разгрузочных отверстий (поз. 20 на рис. 2-28 и поз. 5 на рис. 2-30). Эти отверстия, сообщая полость над верхним ободом рабочего колеса

с областью пониженного давления под колесом, снижают гидродинамические нагрузки, создающие осевые усилия, воспринимаемые подпятником.

Рабочее колесо радиально-осевой турбины является цельным, . неразъемным. Такое цельное колесо можно транспортировать по железной дороге только в случае, когда его наибольший диаметр не превосходит 4,75 м, при большем диаметре рабочее колесо доставляют водным путем. Если рабочие колеса приходится транспортировать по железной дороге, то их делают разъемными и собирают на месте. Так, рабочие колеса турбин Братской ГЭС = 5,5 м были изготовлены на заводе в виде двух половин и на месте обе половины были сварены, что потребовало дополнительной обработки на месте.

Крышка турбины 4 представляет собой мощную сварную конструкцию, воспринимающую большие нагрузки от направляющих лопаток и регулирующего кольца, от давления воды, а также от опоры подпятника 17. На крышке укреплен

Рис. 2-28. Рабочее, колесо радиально-осевой турбины.