Содержание
Типы паровых турбин и их назначение
Статьи
Паровая турбина — это механизм, осуществляющий переработку тепловой энергии, полученной от пара, в энергию вращения
Турбины работают при наличии в них нагретого пара, который является источником энергии. Поступает такой пар в турбины из специального котла. Температура пара, поступившего в турбину, может различаться. Но основные показатели находятся в пределах 490-580 градусов Цельсия. Давление также отличается. Основные его показатели — 90 атмосфер, 140 атмосфер, 230 атмосфер.
Классифицируются паровые турбины следующим образом: противодавленческие, теплофикационные с отбором пара на производство, конденсационные, теплофикационные.
Все эти турбины отличаются количеством пара, использованного в работе и количеством пара, не участвовавшего в производстdе, а использующийся для других нужд.
Конденсационные турбины
Является самым распространенным в производстве типом паровых турбин.
Обычно, с такой турбиной в комплекте идет конденсатор-устройство, предназначенной для сбора использованного пара. Абсолютно весь отработавший пар поступает в конденсатор.
Основной задачей конденсационных паровых турбин является выработка электричества. Соответственно, подобного типа турбины используются на электростанциях. На ТЭЦ также можно поставить, но обычно они там не используются. Пар из котла поступает в турбину и совершает работу, необходимую для получения электроэнергии. Возможность получения тепловой энергии с таких турбин присутствует, но обычно не используется.
В Советское время производством таких труб занимался Ленинградский металлический завод. Сейчас же это ОАО «Силовые машины».
Теплофикационные турбины
Представляют собой турбины типа «Т». Широко используются на тепловых электростанциях, так как с их помощью имеется возможность вырабатывать не только электричество но и тепловую энергию.
Турбина способна отбирать пар с помощью поворотной диафрагмы.
Данный процесс является контролируемым. Отобранный пар затем поступает в определенные обогреватели, с которых энергия тепла уже передается воде.
В летнее время теплофикационные турбины способны работать в конденсационном режиме. В данном случае пар до сетевых подогревателей не доходит, а в полном объеме используется для выработки электричества.
Производством теплофикационных турбин занимается Уральский турбинный завод.
Теплофикационные турбины с промышленным отбором пара
Турбины с маркировкой «ПТ»
Название данных турбин дает понять, что определенная часть пара в процессе производства энергии уходит на промышленные нужды( к примеру для работы самого завода и т.п). После пар возвращается в виде жидкости, то есть конденсата, либо же полностью испаряется.
На данный момент теплофикационные турбины на производстве практически не используются, за редким исключением. В СССР они пользовались популярность для установки на тепловые электростанции недалеко от промышленных предприятий, заводов и т.
д.
Противодавленческие турбины
Маркирова противодавленческих турбин «P».
Особенность противодавленческих турбин является отсутствия конденсатора, куда бы поступал использованный пар. Поэтому последний в свою очередь поступает на использование стороннему потребителю, что немного схоже с теплофикационными турбинами промышленного типа.
На данный момент противодавленческие турбины также как и турбины с маркировкой «ПТ» не используются в производстве, если не брать во внимание отдельные случаи. В Советское время данная модель еще находила себе применение, но после распада союза надобность в таких типах турбин отпала, так как возникла проблема в нахождении внешнего потребителя. При отсутствии последнего невозможно использование противодавленческих турбин для осуществления выработки энергии, соответственно они пришли в ненадобность.
Но затем инженеры нашли отличное решение для усовершенствования противодавленческих турбин. В придачу к ним устанавливались турбины с маркировкой «К», то есть конденсационные, рассчитанные на работу с паром, имеющим низкое давление.
Как известно, турбинам типа «Р» необходимо наличие стороннего потребителя, что решается с помощью конденсационных турбин. После того как пар отработал в противодавленческих турбинах, он поступает в турбины типа К, где уже окончательно завершает свою работу и переходит в конденсат.
Классификация гидравлических турбин
В
сентябрьском номере газеты «Энерговектор» за 2013 г. мы уже рассматривали
основные виды гидроэлектростанций. Сегодня хотелось бы вернуться к этой теме,
вспомнить историю развития гидроэнергетики и более подробно остановиться на
вопросе эффективности применения различных гидравлических турбин в зависимости
от конкретных условий работы — напора, мощности потока, вида плотины.
От Древнего
Китая до XXI века
С давних времён человечество стремилось продуктивно использовать
энергию воды. За несколько веков до начала нашей эры уже существовали водяные
мельницы в Китае, Индии, Средней и Малой Азии.
На Руси водяные мельницы
появились, судя по дошедшим до нас летописям, в XI веке и использовались для помола зерна. Особенно
широко водяные колёса стали применяться в качестве промышленных двигателей во
времена Петра I в связи с бурным развитием горнорудного
дела на Урале. Водяные двигатели использовались для привода кузнечных мехов,
поршневых воздуходувов, кузнечных молотов, прокатных станков, водоотливных
насосов и других машин.
Сегодня водяные мельницы крутятся в основном для туристов
Для дальнейшего развития промышленности потребовалось
создать более совершенный водяной двигатель, который был теоретически обоснован и разработан в начале XIX века
и впервые назван турбиной. В отличие от примитивного водяного колеса, которое было
создано по наитию, гидравлическая турбина оптимизирована для наилучшей передачи
валу силы давления, создаваемой потоком на лопастях рабочего колеса.
Современные гидравлические турбины по принципу
подвода и прохождения потока по рабочему колесу делятся на следующие три основных типа.
- Осевые
(турбина Каплана и пропеллерная турбина), в которых поток воды поступает на лопасти колеса и протекает по ним в
осевом направлении по спиральным линиям, причём ось вращения потока совпадает с
осью вращения рабочего колеса. - Радиально-осевые
(турбина Френсиса). В этих
турбинах поток воды поступает на лопасти колеса и вначале протекает по спиральным
линиям в радиальном направлении, перпендикулярном оси вращения рабочего колеса,
а затем изменяет свое направление с радиального на осевое. - Ковшовые
(турбина Пелтона), поток воды в которых
поступает на рабочее колесо свободной струёй, направленной по касательной к
рабочему колесу.
По второму способу классификации гидравлических
турбин — в зависимости от изменения давления воды — различают реактивные
турбины (осевые и радиально-осевые) и импульсные (ковшовые).
Большинство гидравлических турбин являются
реактивными и подходят для работы при низком (
Осевые
турбины
На самых низких напорах (от 5 м) применяют пропеллерные
турбины, которые наиболее быстроходны, что позволяет при малых скоростях потока
получать достаточно высокую скорость вращения. Высокие обороты турбины, в свою очередь, позволяют применять более
быстроходные, а значит, более лёгкие и дешёвые электрогенераторы. Пропеллерные
турбины наиболее эффективны при постоянных напоре
и расходе воды, а при значительных колебаниях напора и работе генератора на переменную
нагрузку оправдано применять поворотно-лопастные турбины Каплана, в которых
мощность регулируется поворотом не только лопаток направляющего аппарата, но и
рабочего колеса, что помогает поддерживать высокий КПД (более 90%).
Колесо поворотно-лопастной турбины, отработавшей
на Угличской ГЭС 70 лет
Число лопастей на рабочем колесе турбины зависит от
величины напора — чем выше напор, тем больше их число.
Четырёхлопастные колёса
применятся для напоров от 5 до 20 м,
при напорах от 20 до 60 м
устанавливают рабочие колёса с 5-8 лопастями.
В нашей стране развитию поворотно-лопастных турбин
уделялось большое внимание. Первые четыре турбины этого типа были установлены
на Нижнесвирской ГЭС в 1933-1935 гг., и две из них работают до сих пор. Турбины
построенных позднее Угличской и Жигулёвской ГЭС на момент пуска были
крупнейшими в мире. Одними из самых крупных в мире поворотно-лопастных турбин стали
турбины сербско-румынской ГЭС Джердап I на Дунае, изготовленные на
Ленинградском металлическом заводе. Их единичная мощность — около 200 МВт.
Детище
Френсиса
В отличие от равнинных ГЭС России, где доминируют
поворотно-лопастные турбины, по всему миру более распространены турбины
Френсиса, напоминающие большие диски с
изогнутыми лопастями. Рабочее колесо такой турбины состоит из ступицы, верхнего
и нижнего ободьев, а также лопаток, которые неподвижно
прикреплены к ним.
Конструкция рабочего
колеса, не содержащая движущихся деталей, с одной стороны, очень прочна, что
позволяет турбине работать при весьма высоких напорах. С другой стороны, невозможность
поворота лопаток приводит к наличию в графике нагрузки зон с низким КПД, а
также зон с повышенной вибрацией, работа в которых не рекомендуется.
Радиально-осевая турбина Френсиса способна работать
при больших напорах
Турбины Френсиса, как правило, располагают у
основания плотины. Для подвода воды к малым радиально-осевым гидротурбинам при
небольших величинах напора применяют открытые подводящие камеры. А к
гидротурбинам средних и больших мощностей вода подводится через закрытые
спиральные камеры. Профили сечений спиральной камеры подбираются так, чтобы вода
равномерно, по всей окружности, поступала к направляющему аппарату, а из него -
на рабочее колесо.
Турбина и направляющий аппарат целиком помещаются под
водой, и только регулирующий вал, который помогает открывать лопатки
направляющего аппарата, выходит в машинный зал.
Современные радиально-осевые турбины могут использоваться
при напорах от 20 до 700
метров (но наиболее оптимальны средние напоры от 50 до 300 метров), а их
выходная мощность колеблется в диапазоне от нескольких киловатт до гигаватта.
Крупнейшие в мире радиально-осевые турбины
установлены на американской ГЭС «Гранд Кули». Их максимальная мощность
составляет 805 МВт. Турбины единичной мощностью 1000 МВт проектировались для
Эвенкийской ГЭС, так что потенциально мы ещё можем вырваться вперёд.
Изобретение
Пелтона
На самых больших напорах воды применяют ковшовые
турбины (см. рисунок). Изобрёл их в 1870-х годах американский инженер Аллан Пелтон.
Первая турбина Пелтона была установлена в 1878 г. и использовалась для
прямого привода насосов и других механизмов в золотоносной шахте в Неваде. В 1887 г. на другой шахте решили
использовать электродвигатели, для чего к турбине Пелтона присоединили
генератор — это и была первая ГЭС с ковшовой турбиной.
Колесо турбины Пелтона эффективно преобразует импульс водяных струй
во вращательное движение
В ковшовых турбинах вода подаётся через сопла по
касательной к окружности, на которой расположены середины ковшей. Проходящая
через сопло вода собирается в струю, летящую с большой скоростью и ударяющую о
лопатку турбины, таким образом, приводя рабочее колесо в движение. После отхода
одной лопатки под струю попадает другая. Рабочее колесо турбины вращается в
воздухе при нормальном атмосферном давлении, в отличие от осевых и
радиально-осевых турбин, работающих под водой.
Лопатки турбины Пелтона имеют двояковогнутую форму с
острым лезвием посередине; задача лезвия — разделять струю воды с целью лучшего
использования энергии. Ковшовые гидротурбины применяются при напорах более 200 м (чаще всего — 300-500 м
и более). Мощность наиболее крупных ковшовых турбин может достигать 200-250
МВт. Как правило, ГЭС с турбинами Пелтона построены по деривационной схеме,
поскольку получить столь значительные напоры при помощи плотины проблематично.
В практике российского гидротехнического
строительства ковшовые турбины не получили широкого распространения, в
настоящее время действуют всего 5 малых ГЭС с турбинами Пелтона. Одна из таких
ГЭС — Малая Краснополянская ГЭС на р. Бешенка, которая принадлежит ООО
«ЛУКОЙЛ-Экоэнерго». Станция была пущена в эксплуатацию в 2005 г. и имеет мощность 1,5
МВт. В здании станции установлен один горизонтальный гидроагрегат.
Крупнейшие в мире ковшовые турбины установлены на
швейцарской ГЭС Бьедрон, их единичная мощность — 423 МВт. Эта же ГЭС считается мировым
рекордсменом по напору на гидроагрегатах, составляющему 1869 м. До её ввода в строй в 1998 г.
в течение 40 лет первенство по напору принадлежало австрийской ГЭС Рейсек — 1773 м.
* * *
Гидроэлектростанции, как и другие источники
возобновляемой энергии, подвержены влиянию окружающей среды. Зависимость от внешних
условий особенно ярко проявляется на малых ГЭС: расход на небольших водотоках
может изменяться быстро и непредсказуемо.
Поэтому гидравлические турбины на малых
ГЭС необходимо подстраивать под постоянно изменяющиеся условия. О таких
гидравлических турбинах мы расскажем в одном из следующих выпусков газеты.
Источник: Энерговектор
типов гидротурбин | Министерство энергетики
Управление гидроэнергетических технологий
Учить больше
Программа гидроэнергетики
Основы гидроэнергетики
Зачем использовать гидроэнергетику?
История гидроэнергетики
Аккумулирующие гидроэлектростанции
Глоссарий по гидроэнергетике
Портал STEM по гидроэнергетике
Существуют два основных типа гидроэнергетических турбин: реактивные и импульсные.
Тип гидроэлектростанции, выбранный для проекта, зависит от высоты стоячей воды, называемой «напором», и расхода или объема воды на участке с течением времени. Другие решающие факторы включают глубину установки турбины, эффективность турбины и стоимость.
Вот некоторые из наиболее часто используемых турбин в Соединенных Штатах сегодня.
РЕАКЦИОННАЯ ТУРБИНА
Реакционная турбина вырабатывает энергию за счет объединенных сил давления и движущейся воды. Бегун помещается прямо в поток воды, позволяя воде течь по лопастям, а не ударять по каждой из них по отдельности. Реакционные турбины обычно используются на объектах с более низким напором и более высокими расходами и являются наиболее распространенным типом, используемым в настоящее время в Соединенных Штатах.
Двумя наиболее распространенными типами реактивных турбин являются пропеллерные (включая Каплана) и фрэнсисовские. Кинетические турбины также являются разновидностью реактивных турбин.
Пропеллерная турбина
Пропеллерная турбина обычно имеет рабочее колесо с тремя-шестью лопастями. Вода постоянно контактирует со всеми лезвиями. Представьте себе лодочный винт, вращающийся в трубе. Через трубу давление постоянно; если бы это было не так, бегун потерял бы равновесие.
Шаг лопастей может быть фиксированным или регулируемым. Основными компонентами, помимо бегунка, являются спиральный корпус, калитки и вытяжная труба. Существует несколько различных типов пропеллерных турбин:
Турбина в виде груши : Турбина и генератор представляют собой герметичный блок, расположенный непосредственно в потоке воды.
Straflo : Генератор крепится непосредственно по периметру турбины.
Трубчатая турбина : Напорный трубопровод изгибается непосредственно перед или после рабочего колеса, обеспечивая прямолинейное соединение с генератором.
Турбина Каплана : И лопасти, и калитки регулируются, что позволяет использовать их в более широком диапазоне. Эта турбина была разработана австрийским изобретателем Виктором Капланом в 1919.
Турбина Фрэнсиса
Турбина Фрэнсиса была первой современной гидроэнергетической турбиной и была изобретена британско-американским инженером Джеймсом Фрэнсисом в 1849 году.
Турбина Фрэнсиса имеет рабочее колесо с неподвижными лопастями, обычно девять или более. Вода подается прямо над бегунком и вокруг него, которая затем падает, заставляя лопасти вращаться. Помимо бегунка, к другим основным компонентам относятся спиральный корпус, калитки и вытяжная труба. Турбины Фрэнсиса обычно используются для ситуаций со средним и высоким напором (от 130 до 2000 футов), хотя они также использовались и для более низкого напора. Турбины Фрэнсиса хорошо работают как в горизонтальном, так и в вертикальном положении.
Кинетическая турбина
Турбины с кинетической энергией, также называемые безнапорными турбинами, вырабатывают электричество из кинетической энергии текущей воды, а не из потенциальной энергии напора. Системы могут работать в реках, искусственных каналах, приливных водах или океанских течениях. Поскольку кинетические системы используют естественный путь водного потока, они не требуют отвода воды через искусственные каналы, русла рек или трубы, хотя они могут применяться в таких каналах.
Кинетические системы не требуют больших строительных работ, поскольку они могут использовать существующие конструкции, такие как мосты, отводы и каналы.
ИМПУЛЬСНАЯ ТУРБИНА
Импульсная турбина обычно использует скорость воды для перемещения рабочего колеса и производит выброс при атмосферном давлении. Струя воды ударяет в каждое ведро на бегунке. При отсутствии всасывания на нижней стороне турбины вода вытекает из нижней части корпуса турбины после удара по рабочему колесу. Импульсная турбина обычно подходит для приложений с высоким напором и низким расходом. Двумя основными типами импульсных турбин являются турбины Пельтона и турбины с поперечным потоком.
Турбина Пелтона
Турбина Пелтона была изобретена американским изобретателем Лестером Алланом Пелтоном в 1870-х годах. Колесо Пелтона имеет одну или несколько свободных форсунок, выпускающих воду в аэрируемое пространство и сталкивающихся с ковшами рабочего колеса. Турбины Пельтона обычно используются для очень высокого напора и низкого расхода.
Отсасывающие трубы не требуются для импульсной турбины, потому что рабочее колесо должно быть расположено выше максимального нижнего бьефа, чтобы обеспечить работу при атмосферном давлении.
Турбина с поперечным потоком
Оригинальная турбина с поперечным потоком была разработана Энтони Мичеллом, австрийским инженером, в начале 1900-х годов. Позже его усовершенствовал венгерский инженер Донат Банки, а немецкий инженер Фриц Оссбергер усовершенствовал его еще больше. Турбина с поперечным потоком имеет форму барабана и использует удлиненное сопло прямоугольного сечения, направленное против изогнутых лопаток на рабочем колесе цилиндрической формы. Напоминает воздуходувку в виде «беличьей клетки». Турбина с поперечным потоком позволяет воде проходить через лопасти дважды. При первом проходе вода течет снаружи лопастей внутрь; второй проход идет изнутри наружу. Направляющий аппарат на входе в турбину направляет поток в ограниченную часть рабочего колеса.
Турбина с поперечным потоком была разработана, чтобы выдерживать большие потоки воды и меньший напор, чем может выдержать Pelton.
ПОСМОТРЕТЬ ВСЕ
WPTO объявляет о выделении более 16 миллионов долларов на новые национальные гидроэнергетические и морские проекты под руководством лабораторий
Сегодня WPTO объявила о новых проектах на сумму более 16 миллионов долларов, направленных на дальнейшие исследования и разработки в области гидроэнергетики и морской энергетики. Эти награды включают 5,6 млн долларов на гидроэнергетику и 10,5 млн долларов на проекты морской энергетики в шести национальных лабораториях.
Учить больше
Основные возможности финансирования обсуждены в Отделе технологий гидроэнергетики Полугодовой вебинар 9 для заинтересованных сторон0003
9 ноября 2022 года WPTO провела свой последний полугодовой вебинар для заинтересованных сторон и поделилась подробностями с заинтересованными сторонами в области гидроэнергетики и морской энергетики из промышленности, научных кругов и правительства о последних возможностях финансирования, достижениях и проектах офиса.
Учить больше
Победители премии продолжают продвигать инновационные гидроаккумулирующие технологии, три команды продолжили тестирование, завершили дальнейший анализ и определили потенциальные площадки для своих технологий.
Учить больше
Веб-семинар WPTO для обсуждения тем гидроэнергетики в предстоящей программе финансирования малого бизнеса
1 декабря 2022 г. WPTO проведет вебинар для изучения тем гидроэнергетики на первом этапе 2023 финансового года. Инновационные исследования и технологии малого бизнеса. Трансферная программа. Спикеры обсудят эти темы и ответят на вопросы.
Учить больше
Министерство энергетики США объявляет о технической помощи для развития технологий гидроэнергетики
WPTO объявило о возможности для разработчиков гидроэнергетики и других заинтересованных сторон получить техническую помощь для преодоления препятствий оценки при разработке гидроаккумулирующих гидроэнергетических проектов и проблем, связанных с миссией HydroWIRES.
Учить больше
Интересуетесь карьерой в гидроэнергетике?
В этот национальный день STEM Управление технологий гидроэнергетики представляет ресурсы, инструменты и возможности, которые могут помочь вам сделать карьеру в области экологически чистой энергии в гидроэнергетике.
Учить больше
WPTO предоставляет возможность финансирования в размере 4 миллионов долларов США для продвижения технологий прохода и защиты рыбы
Возможность финансирования в размере 4 миллионов долларов США направлена на снижение воздействия гидроэнергетики на окружающую среду с помощью исследований для продвижения инновационных технологий прохода и защиты рыбы.
Учить больше
Новый отчет подчеркивает потребность гидроэнергетики в новых, разнообразных талантах
Гидроэнергетическая отрасль США сталкивается с надвигающейся волной выхода на пенсию, и новая, разнообразная рабочая сила имеет решающее значение для способности отрасли поддерживать текущие операции и расти.
Узнайте об этих и других тенденциях и потребностях в рабочей силе гидроэнергетики.
Учить больше
Плывем к готовности к рынку: победители премии «Защита рыбы» продолжают совершенствовать свои технологии для модернизации гидроэнергетических сооружений
После получения премии «Защита рыбы» три команды продолжили разработку своих инновационных концепций, которые могут помочь модернизировать гидроэнергетические объекты и защитить рыбу от воды отводные трубы и водозаборы плотин по всей стране.
Учить больше
WPTO объявляет победителей второго этапа премии за оптимизацию эксплуатации гидроэнергетики
WPTO объявляет шесть победителей второго этапа премии за оптимизацию эксплуатации гидроэнергетики. Эти команды разработали высокотехнологичные решения для улучшения работы гидроэнергетики и устойчивости сети. Третий и последний этап розыгрыша приза открыт!
Учить больше
Типы турбин — GreenBug Energy
Современные типы турбин
Основные типы турбин, используемых сегодня.
Импульсные турбины
Турбина Пельтона состоит из колеса с рядом разделенных лопаток, установленных вокруг его обода; струя воды с высокой скоростью направлена по касательной на колесо. Струя ударяется о каждое ведро и разделяется пополам, так что каждая половинка поворачивается и отклоняется назад почти на 180º. Почти вся энергия воды расходуется на приведение в движение ведра, а отклоняющаяся вода попадает в сливной канал внизу.
Турбина Turgo аналогична турбине Pelton, но струя падает на плоскость рабочего колеса под углом (обычно от 20° до 25°), так что вода входит в рабочее колесо с одной стороны и выходит с другой. Следовательно, скорость потока не ограничивается вытекающей жидкостью, мешающей входящей струе (как в случае с турбинами Пельтона). Как следствие, турбина Турго может иметь рабочее колесо меньшего диаметра и вращаться быстрее, чем турбина Пелтона, при эквивалентном расходе.
Турбина Crossflow имеет барабанный ротор со сплошным диском на каждом конце и желобообразными «планками», соединяющими два диска.
Струя воды входит в верхнюю часть ротора через изогнутые лопасти, выходя на дальнюю сторону ротора, проходя через лопасти во второй раз. Форма лопастей такова, что при каждом проходе через периферию ротора вода передает часть своего импульса, прежде чем упасть с небольшой остаточной энергией.
Реакционные турбины
Реактивные турбины используют встречный поток воды для создания гидродинамической подъемной силы, приводящей в движение лопасти рабочего колеса. Они отличаются от импульсного типа наличием рабочего колеса, которое всегда работает внутри полностью заполненного водой корпуса.
Все реактивные турбины имеют диффузор, известный как «вытяжная труба», под рабочим колесом, через который сбрасывается вода. Напорная труба замедляет вытекающую воду и, таким образом, создает всасывание под рабочим колесом, что увеличивает эффективный напор.
Турбины гребного типа в принципе аналогичны гребным винтам корабля, но работают в реверсивном режиме.
Набор входных направляющих лопаток пропускает поток к гребному винту, и они часто регулируются, чтобы можно было изменять поток, проходящий через машину.
В некоторых случаях лопасти рабочего колеса также можно отрегулировать, и в этом случае турбина называется Kaplan . Механика регулировки лопаток турбины и направляющих лопаток может быть дорогостоящей и, как правило, более доступной для больших систем, но может значительно повысить эффективность в широком диапазоне потоков.
Турбина Фрэнсиса по существу представляет собой модифицированную форму пропеллерной турбины, в которой вода течет радиально внутрь рабочего колеса и поворачивается, чтобы выйти в осевом направлении. Для средненапорных схем рабочее колесо чаще всего монтируют в спиральном корпусе с внутренним регулируемым направляющим аппаратом.
Поскольку турбина с поперечным потоком в настоящее время является менее дорогостоящей (хотя и менее эффективной) альтернативой спиральному корпусу Фрэнсиса, эти турбины редко используются на объектах с выходной мощностью менее 100 кВт.
Пит-Фрэнсис . Турбина Фрэнсиса изначально проектировалась как машина с низким напором, установленная в открытой камере (или «яме») без спирального кожуха.
Тысячи таких машин были установлены в Великобритании и других странах Европы с 1920-х по 1960-е годы. Несмотря на то, что это была эффективная турбина, в конечном итоге она была заменена пропеллерной турбиной, которая является более компактной и быстродействующей при тех же условиях напора и расхода. Однако многие из этих турбин Фрэнсиса с «открытым лотком» или «настенной пластиной» все еще используются, поэтому эта технология по-прежнему актуальна для схем реконструкции.
Гравитационные турбины
Винт Архимеда веками использовался в качестве насоса, но лишь недавно стал использоваться в качестве турбины в обратном направлении. Его принцип работы такой же, как и у водяного колеса с овершотом, но продуманная форма спирали позволяет турбине вращаться быстрее, чем эквивалентное водяное колесо, и с высокой эффективностью преобразования энергии (более 80%). Однако они по-прежнему являются медленными машинами, которым требуется многоступенчатый редуктор для привода стандартного генератора.
Ключевым преимуществом винта является то, что он устраняет необходимость в тонком сите и автоматической очистке экрана, поскольку большая часть мусора может безопасно пройти через турбину. Доказано, что винт Архимеда является «безопасной для рыб» турбиной.
Относительная эффективность
Водяная турбина, работающая с определенной скоростью, создает определенный поток. Если в реке недостаточно стока для удовлетворения этой потребности, турбина может начать осушать реку, и ее производительность быстро ухудшится. Поэтому он должен либо отключиться, либо изменить свою внутреннюю геометрию — процесс, известный как регулирование. Регулируемые турбины могут перемещать свои входные направляющие лопатки и/или рабочие лопасти, чтобы увеличивать или уменьшать количество потребляемого ими потока. Эффективность различных турбин неизбежно снизится, поскольку они потребляют меньший поток. Типичный вариант показан ниже. Поэтому важным фактором при сравнении различных типов турбин является их относительный КПД как в расчетной точке, так и при уменьшенном расходе.