направляющий подшипник турбины 16, а также устройства уплотнения 21. *

Турбины ГЭС Грэнд Кули (США, фирма Аллис-Чалмеро) имеют уникальные параметры и конструкции. На рис. 2-29 показан агрегат этой станции с радиально-осевой

Рис. 2-29. Агрегат ГЭС Грэнд Кулн.

/ - колонны статора; 2 - направляющие лопатки; 3 - рабочее колесо; 4 - крышка; 5 - вал; 6 - фланцы вала; 7 - ротор; 8 - подпятник; 9 - нижняя крестовина генератора.

турбиной мощностью 700 МВт при напоре 87 м (соответствующие детали обозначены теми же позициями, что на рис. 2-26). Диапа^ зон изменения напоров 67-108 м, диаметр рабочего колеса = = 9,5 м, частота вращения п = 85,7 об/мин. Генератор зонтичного типа с опорой подпятника 8 на очень мощной нижней крестовине 9, ротор 7 имеет диаметр около 18 м. Вал агрегата 5 трубчатый внешним диаметром 3,5 м, состоит из трех частей длиной по 4,5 м, соединенных внутренними фланцами 6. Кольцевые пояса статора а л b

сильно развиты и имеют полукруглые направляющие, что необычно, но позволяет упростить изготовление и сократить ширину турбинной камеры. Статорные колонны / и направляющие лопатки 2 имеют высоту 2,75 м, т. е. Ьо = 0,29. Сравнивая с турбиной Саяно-Шушенской ГЭС, отмечаем, что при близкой мощности здесь намного

о

-у

Рис. 2-30. Турбина Ингурской ГЭС.

больше диаметр и Ь^. Это объясняется тем, что турбины ГЭС Грэнд Кули имеют существенно меньший напор, а следовательно, должны пропускать больший расход.

Турбины Ингурской ГЭС (рис. 2-30) представляют собой типичный пример высоконапорных радиально-осевых турбин. Они разработаны и созданы ХТГЗ и при расчетном напоре 325 м развивают мощность около 250 МВт. Максимальный напор 404 м. Частота вращения 250 об/мин. Эта конструкция имеет значительно меньшую относительную высоту направляющего аппарата, = = 0,46/4,& = 0,1. Форма рабочего колеса здесь также изменилась. Выходной диаметр турбины меньше входного D. Другое важное отличие Ингурской турбины - это применение на верхнем и нижнем ободах рабочего колеса развитых четырехгребешковых лабиринтных уплотнений 6.

Кроме основных элементов, на рис. 2-30 показаны некоторые монтажные детали, которые остаются в бетоне: это тумбы /, клинья 2, анкеры 3 и талрепы 4. Некоторые монтажные детали показаны и на других рисунках турбин.

2-7. КОВШОВЫЕ ТУРБИНЫ

Ковшовые турбины относятся к классу активных турбин и по устройству и условиям работы отличаются от всех рассмотренных выше реактивных турбин (дополнительно - см. [55]). Принципиаль-

Б-Б

Рис. 2-31. Схема ковшовой турбины.

пая схема ковшовой турбины (за границей ее называют турбиной Пельтона, иногда свободноструйной) показана на рис. 2-31. Основными ее элементами являются сопло /, к которому вода подводится по трубопроводу 2, и рабочее колесо 3, насаженное на вал 4. Сопло и рабочее колесо установлены выше уровня воды, так что рабочее колесо вращается в воздухе.

Из сопла выбрасывается струя воды со скоростью под действием напора Н, определяемой зависимостью

v.VW- (2-5)

Коэффициент скорости ф равен 0,98-0,99. Если учесть диапазон напоров, при которых используются ковшовые турбины (см. рис. 2-1), то видно, что скорость Ус получается очень большой. Так, при напоре Я = 600 м скорость Uc = 105 м/с, а при Я = 1500 м скорость Uc = 165 м/с.

Рабочее колесо 3 состоит из диска с рабочими лопастями 5, похожими на ковши по форме (отсюда название ковшовая ). Общее

Рис. 2-32. Регулирование расхода иглой.

число лопастей 12-40. Каждая лопасть состоит из двух криволинейных поверхностей, разделенных ножом 6 (сечение А-А и вид Б-Б). Рабочее колесо устанавливается таким образом, что ножи совпадают с осью струи. Чтобы устранить при вращении удар тыльной стороны лопасти о струю, в лопасти предусматривается специальная прорезь 7.

При натекании на лопасть струя делится ножом на две равные части и каждая обтекает криволинейную поверхность и за счет изменения как скорости воды, так и ее

направления создается давление на лопасть и образуется момент рабочего колеса, вращающий его вместе с валом. Поскольку вода натекает на лопасти с большой скоростью, предъявляются очень высокие требования к точности и чистоте обработки их поверхности.

Мощность, развиваемую ковшовой турбиной, регулируют за счет изменения расхода. Для этого служит игла 8.

Работа иглы иллюстрируется рис. 2-32. Когда игла вдвинута внутрь (рис. 2-32, а), то сопло работает полным сечением и пропускает наибольший расход (диаметр струи 4 - наибольший). По мере выдвигания иглы (рис. 2-32, б) проходное сечение сопла сокращается, уменьшается диаметр струи и соответственно уменьшается пропускаемый расход. Игла может полностью перекрыть сопло (рис. 2-32, в), и тогда расход будет равен нулю. При истечении из сопла проявляется эффект сжатия струи, в результате чего диаметр струи d меньше диаметра сопла. Размеры лопастей рабочего колеса ковшовой турбины по рис. 2-31 обычно составляют а = (2,8 3,6) 4, с = (2,5 2,8) da е = (0,9 1,0) 4.

Вода к ковшовым турбинам подводится по длинным напорным водоводам, которые могут испытывать дополнительные нагрузки, вызываемые гидравлическим ударом, возникающим при быстром закрытии сопла и уменьшении расхода. В ковшовых турбинах временно можно снизить мощность и без закрытия сопла, т. е. без уменьшения расхода. Для этого нужно отвести струю от лопастей. Такое воздействие на струю осуществляется дефлектором, который выполняется в форме либо отклонителя (рис. 2-33, а),

Рис. 2-33. Работа дефлекторов.

либо отсекателя струи (рис. 2-33, б) и устанавливается непосредственно за соплом. Отклонитель струи меняет направление всей струи, отсекатель может изменять направление части или всей струи в зависимости от его хода.

Устройство действует следующим образом. Когда требуется очень быстро уменьшить мощность, развиваемую турбиной, подается импульс на сервомотор, управляющий дефлектором, и он быстро (за 2-3 с) смещается, что и.приводит к требуемому уменьшению мощности. Расход при этом сохраняется. Одновременно подается импульс на закрытие иглы, но она движется медленно и соответственно медленно изменяется пропускаемый расход, что исключает возникновение большого гидравлического удара (время полного хода иглы на закрытие 20-40 с). По мере закрытия иглы дефлектор выводится из струи и система приводится в положение нормальной работы.

Создание ковшовых турбин связано с целым рядом специфических трудностей. Одной из них является конструкция рабочего колеса и, в частности, система крепления лопастей. Проще изготовить каждую лопасть отдельно, а затем укрепить их на диске-ступице. Однако лопасти у ковшовых турбин работают в очень тяжелых условиях. В отличие от реактивных турбин, у которых нагрузка, воспринимаемая лопастями рабочего колеса, от потока в процессе вращения практически не меняется, в ковшовых турбинах лопасть нагружается максимальной.силой от давления воды только тогда, когда она проходит через струю, а затем нагрузка снимается. Таким образом лопасти работают в условиях переменной нагрузки, которая вызывает усталостные явления в металле и способствует расшатыванию, расслаблению креплений.

Имеется много различных разъемных креплений лопастей с помощью болтов, шпилек, клиньев, зажимных колец и других приспособлений.

Рис. 2-34. Рабочее колесо турбины.

ковшовой

В последнее время стали применять неразъемные цельнолитые и сварнолитые рабочие колеса, чему способствовал прогресс в технике отливки и сварки легированных сталей. В качестве примера на рис. 2-34 показано цельнолитое рабочее колесо ковшовой турбины диаметром 2,69 м. Иногда отливают вместе группу лопастей и тогда собирают обод колеса из трех - шести частей.

Конструктивные формы ковшовых турбин в значительной степени зависят от общего числа сопл, т. е.

Горизонтальные

Вертикальные

Рис. 2-35. Конструктивные схемы ковшовых турбин.

ОТ числа действующих струй: увеличение их числа приводит к сокращению размеров турбины и повышению частоты вращения, что особо важно для мощных турбин. Наиболее распространенные конструктивные схемы ковшовых турбин показаны на рис. 2-35. По положению вала все турбины делятся на две группы: горизонтальные и вертикальные. Возможен подвод различного числа струй на рабочее колесо. В горизонтальных турбинах используются схемы с одной струей (а) и с двумя струями (б), которая требует специальной формы разветвления. В вертикальных турбинах, применяя охватывающий (спиральный) водовод, легко осуществить различное число отводов и струй, например две (в),.четыре (г), шесть, а иногда и нечетное их число. Турбина может иметь одно или два рабочих колеса. В горизонтальных агрегатах турбины с одним (Л) и с двумя (Б) рабочими колесами используются часто. В вертикальных агрегатах, как правило, используется турбина с одним рабочим колесом (В), но возможна установка и двух рабочих колес (7.