От водного колеса до турбины
Водяное колесо или турбина преобразуют энергию потока воды во
вращательное движение. Первые водяные колеса были подливными, т. е.
Нижняя половина колеса просто погружалась в поток. Кпд таких колес
составлял только 30%. Наливные колеса, в которых поток воды натекает на
верхнюю часть колеса, имеют кпд 70-90%, что близко к кпд современных
турбин.
Во второй половине 19 века водяные колеса сменились турбинами. Турбины
бывают:
активные
реактивные
осевые
для активных турбин требуется высокий набор воды. Падающая вода
направляется в сопло и истекает из него в виде высокоскоростной струи, с
силой ударяющей в «ковши» на внешней стороне колеса. Реактивная турбина
работает по принципу сегнерова колеса, которое вращается за счет реакции
вытекающей струи. Осевая турбина имеет рабочее колесо с поворотными
лопостями, рассположеное внутри трубы большого диаметра.
Гидроэлектрические схемы и энергия приливов.
Большая часть гидротурбин приводится в действие энергией воды прикрытой
плотинами рек, протекающей по гористой местности. Турбины вращают
генераторы электрического тока. В гористых странах гидроэлектростанции
производят дешевую энергию, не загрязняя окружающую среду. В США
четвертая часть электрической энергии производится
гидроэлектростанциями, тогда как в Великобритании гидроэлектростанции
производят существенное количество энергии только на севере Шотландии.
Значительные ресурсы гидроэнергии остаются неиспользоваными: например,
Фрейзер в Канаде может давать 8700 МВт, а Брахмапутра в Индии – 20000
МВт. Система Енисей-Ангара в настоящее время вырабатывает 11000 МВт, а
неиспользованные ресурсы этой системы составляют 53000 МВт.
Гидротурбины могут также работать при малом напоре воды, создаваемом
приливом. Единственная промышленная приливная станция работает в устье
Ранс на севере Франции. Перепад уровней, создаваемый приливом,
колеблется очень широко: от 2 см на Таити до 15 м в заливе Фёнди на
востоке Канады. Если перепад уровней приблежается к верхнему пределу, то
строительство приливной гидроэлектростанции целесообразно.
Необходимо как-то увязывать время приливов и пики нагрузки, иначе
приливные электростанции будут достигать полной мощности в полночь,
когда электрическая нагрузка минимальна. Чтобы избежать этого, можно
разделить водохранилище станции на два: верхнее водохранилище, которое
наполняется от среднего до высокого уровня прилива, и нижнее
водохранилище, которое опорожняется от среднего до нижнего уровня
прилива. Такая схема позволяет непрерывно поддерживать разность уровней.
Другоцй путь состоит в использовании верхнего водохранилища в качестве
резервной питающей питающей системы. В этом случае, когда потребление
энергии уменьшается, электроэнергия, производимая обычными
электростанциями, затрачивается на перекачивание воды из нижнего
водохранилища, в верхнее. Когда же потребление электроэнергии возрастет,
вода перепускается из верхнего водохранилища в нижнее и электроэнергия
вырабатывается, как в обычной электростанции. В такой схеме, помимо
генерирования электроэнергии производится ее накопление в больших
количествах.
Виды турбин
Турбина 16 века использовавшая энергию движущейся воды, применялась для
привода ирригационных насосов. Вращение турбины передавалось колесу с
зубьями только на половине длины окружности. Цевочные колеса, вращаясь
поочередно в противоположных направлениях, приводили в
возвратно-поступательное движение колесо насоса. Автоматические клапаны
позволяли всасывать воду в один цилиндр и выпускать ее из другого.
Турбины гидроаккумулирующих электростанций производят электроэнергию
только в часы пиковых нагрузок, а остальное время служат гидроприводами
насосов, перекачивающих воду в водохранилище перед плотиной. Реактивная
водяная турбина вращает электрогенератор. Когда центробежные насосы
отключены, гидроагрегат работает как обычный генератор. Если ввести в
действие соеденительную зубчастую муфту, водяная турбина выведет насос
на рабочие обороты. Генератор подключится к сетевому питанию и начнет
работать, как электродвигатель. Клапан турбины закроется, а клапан
насоса откроется. Вода начнет перекачиваться в водохранилище, увеличивая
запас, необходимый для последуйщей работы гидроагрегата в режиме
производства электроэнергии.
Существуют три типа гидротурбин:
Неподвижные лопатки реактивной турбины Френсиса устанавливаются так,
чтобы струи воды ударяли лопатки ротора по касательной, вода из турбины
вытекает вниз.
В колесе Пелтона, или активной турбине, вода истекает из сопла и ударяет
по ковшеобразным лопостям колеса, при этом она отбрасывается назад.
Лопости осевой турбины Каплана напоминают лопости судового гребного
винта.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter