Водяная турбина — это разновидность турбинной машины в гидравлических системах. Прототип водяной турбины появился еще около 100 года до нашей эры. В то время ее основная функция заключалась в приводе механизмов для обработки зерна и орошения. Водяная турбина, как механическое устройство, приводимое в движение потоком воды, развилась до современных водяных турбин, и сфера ее применения также расширилась. Где же в основном используются современные водяные турбины?
Водяная турбина в основном используется в гидроаккумулирующих электростанциях. Когда нагрузка энергосистемы ниже базовой нагрузки, она может использоваться в качестве водяного насоса для перекачки воды из нижнего водохранилища в верхнее и накопления энергии в виде потенциальной энергии; когда нагрузка системы выше базовой нагрузки, она может использоваться в качестве водяной турбины для выработки электроэнергии с целью регулирования пиковой нагрузки. Таким образом, чисто гидроаккумулирующая электростанция не может увеличить мощность энергосистемы, но может улучшить экономичность работы тепловых электростанций и повысить общую эффективность энергосистемы. С 1950-х годов гидроаккумулирующие электростанции получили широкое признание и быстро развиваются во всем мире.
Гидроаккумулирующие электростанции, разработанные на ранних этапах или имеющие высокий напор воды, в основном используют трехмашинный механизм, то есть состоят из генератора, водяной турбины и водяного насоса, соединенных последовательно. Их преимущество заключается в раздельной конструкции водяной турбины и водяного насоса, что обеспечивает высокую эффективность, а также в том, что направление вращения агрегата одинаково как при выработке, так и при перекачивании, что позволяет быстро переключаться с выработки электроэнергии на перекачивание или наоборот. Кроме того, турбина может использоваться для запуска агрегата. Недостатками являются высокая стоимость и большие инвестиции в электростанцию.
Лопасти рабочего колеса турбины наклонного насоса могут вращаться и сохранять хорошие рабочие характеристики при изменении напора воды и нагрузки. Однако, из-за ограничений, связанных с гидравлическими характеристиками и прочностью материалов, максимальный напор воды в начале 1980-х годов составлял всего 136,2 м (электростанция Коген № 1 в Японии). Для более высоких напоров воды требуются турбины с насосами Фрэнсиса.
Гидроаккумулирующая электростанция оснащена верхним и нижним водохранилищами. При сохранении одинакового объема накопленной энергии увеличение напора позволяет снизить емкость водохранилища, увеличить скорость вращения агрегата и уменьшить стоимость проекта. Поэтому быстро развиваются гидроаккумулирующие электростанции с высоким напором более 300 метров. На югославской электростанции Бейнабашта установлена гидротурбина Фрэнсиса с самым высоким в мире напором. Мощность одного агрегата составляет 315 МВт, а напор турбины — 600,3 метра; насос имеет напор 623,1 м и скорость вращения 428,6 об/мин. Он был введен в эксплуатацию в 1977 году. С начала XX века гидроэнергетические установки развиваются в направлении высоких параметров и большой мощности. С увеличением мощности электростанций и развитием атомной энергетики, для решения проблемы рационального сглаживания пиковых нагрузок, страны всего мира активно строят гидроаккумулирующие электростанции, а также активно развивают и расширяют крупные электростанции в основных водных системах. Поэтому насосные турбины получили стремительное развитие.
Водяная турбина, как силовая машина, преобразующая энергию потока воды во вращательную механическую энергию, является неотъемлемой частью гидротурбинно-генераторной установки. В настоящее время проблема охраны окружающей среды становится все более серьезной. Гидроэнергетика, метод выработки электроэнергии с использованием чистой энергии, все шире применяется и продвигается. Для полного использования различных гидротехнических ресурсов, приливы, пойменные реки с небольшим перепадом высот и даже волны также привлекают широкое внимание, что привело к быстрому развитию трубчатых турбин и других малогабаритных установок.
Дата публикации: 06.04.2022
