Лекция 7.

Турбинные камеры

7.1 Назначение и классификация. Типы турбинных камер.

Спиральная камера служит для подвода воды к турбине и формирования потока на входе в направляющий аппарат.

Она должно обеспечивать:

• равномерный подвод воды к направляющему аппарату при максимально возможной осевой симметрии потока;

• допустимые величины скоростей и углов атаки на входе в статор и направляющий аппарат при различных его открытиях, при которых потери энергии в спиральной камере и главным образом в направляющем аппарате минимальны;

• величину циркуляции (закрутки) потока, близкую к расчетной.

Кроме того, турбинная камера должна иметь минимальные размеры и простую конструкцию.

Установлено, что размеры и форма спиральной (турбинной) камеры влияют на потери энергии в ней и последующих элементах проточной части.

При увеличении размеров турбинной камеры энергетические характеристики турбины улучшаются. С другой стороны, размеры турбинной камеры определяют габариты блока агрегата, влияют на форму подводной части и стоимость здания ГЭС. В связи с этим при проектировании ГЭС выполняют технико-экономические расчеты ряда вариантов турбинных камер и всего здания и выбирают оптимальные размеры турбинного блока. Вместе с тем, конструкция турбинной камеры должна обеспечить также оптимальную компоновку турбины и вспомогательного оборудования и удовлетворять определенным строительным требованиям

В зависимости от величины напора и типа гидроэлектростанции применяют различные типы турбинных камер:

1. Открытые камеры. При напорах Н = 3 ÷ 10 м и небольшой мощности агрегата применяют открытую камеру. Для равномерного подвода воды к направляющему аппарату при небольших потерях энергии, ширина турбинной камеры в этом случае должна быть достаточно большой В ≥ 4D₁.

2. Кожуховая турбинная камера. С увеличением напора, размеров и мощности гидроагрегатов перешли к спиральным мерам, имеющим значительно меньшие размеры в плане. Кожуховая турбинная камера применялась ранее при небольших напора Н = 6 ÷ 25 м для турбин малой мощности.

3. Бетонная спиральная камера. Бетонная спиральная камера с неполным углом охвата и трапециевидной формой поперечных сечений нашла наибольшее применение (рис. 7.1) при малых и средних напорах Н = 3 ÷ 45 м. Рекомендуемые основные параметры: ширина в плане В = (2,4 ÷ 3,5) D₁; угол охвата φ = 180 ÷ 270°.

Бетонная спиральная камера состоит из входной открытой части и спирального канала, характеризуемого углом φ. В месте соединения спирального канала с правой по направлению потока стенкой неспиральной части размещается так называемый зуб спирали. Первое по направлению потока сечение спиральной части называют входным сечением (рис. 7.1).

Рисунок 7.1. Бетонная спиральная камера с неполным углом охвата.

Угол охвата φ спиральной камеры отсчитывают от зуба до входного сечения. Спиральные камеры с неполным углом охвата имеют угол φ < 360°. Ширина спиральной камеры в плане зависит от типа турбины, угла охвата, принятой скорости во входном сечении спиральной части и его формы.

Для бетонных спиральных камер рекомендуется назначать угол спирали φ по таблице 7.1:

Таблица 7.1. Рекомендуемые углы охвата бетонных спиральных камер.

Параметр	Турбины: осевые поворотно-лопастные						радиально-осевые
Напор м	5÷15	20÷30	30÷40	40÷50	50÷70	60÷80	30÷45	40÷70
φСП ◦	180	210	225	240	255	270	240	270

4. Металические спиральные камеры. Металлические спиральные камеры с круглыми сечениями (рис. 7.2) применяют при средних и высоких напорах Н = 150 ÷ 700 м.

Рекомендуемые параметры: В = (2,5 ÷ 4 )D₁; φ = 345 ÷ 360°.

Рисунок 7.2. Металлическая спиральная камера. Двухподводная спиральная камера.

5. Смешанные спиральные камеры. Смешанные спиральные камеры (из стали и железобетона) с передачей нагрузки на бетон для напоров Н = 200 ÷ 300 м и металлические двухподводные для напоров Н = 75 ÷ 170 м (рис. 7.2). Двухподводная спиральная камера позволяет значительно уменьшить диаметр входного сечения и толщину листа сварной спиральной камеры, что важно при изготовлении уникальных радиально-осевых гидротурбин боль­шой мощности и размеров. Двухподводная спиральная камера при­менена на одной из опытных турбин Бухтарминской ГЭС.

6. Турбинные камеры капсульных гидроагрегатов для напоров Н = 3 ÷ 15 м имеют кольцеобразную форму с переходом на прямоугольное сечение водоприемника.

Области применения различных типов турбинных камер в зависимости напора показаны на рис. 7.3.

Рисунок 7.3. Области применения турбиных камер: I - открытые, II - кожуховые, III - спиральные бетонные, IV - спиральные металлические, V - с частичной пердачей нагрузки на бетон.