Турбина поперечного потока

К:Википедия:Статьи без источников (тип: не указан)

Турбина поперечного потока, турбина Банки-Митчелла или турбина Оссбергера - гидротурбина, разработанная австралийцем Энтони Митчеллом, венгерским инженером Донатом Банки и немцем Фрицем Оссбергером. Митчелл получил патент на его турбину в 1903 году, и компания-производитель Уэймут выпускала его в течение многих лет. Первый патент Оссбергер получил в 1933 ("Свободно-струйная турбина" 1922, имперский Патент 361593 и "Турбина поперечного потока" 1933 года, имперский патент 615445), и он выпускал этот турбину в качестве своего стандартного продукта. Сегодня компания, основанная Оссбергером, является ведущим производителем этого типа турбины.

В отличие от большинства гидротурбин, в которых поток воды имеет осевое или радиальное направление, в турбине поперечного потока вода проходит через лопатки турбины в поперечном направлении два раза, сначала в направлении оси, а потом от неё. Поэтому данный тип турбины иногда называют двукратной турбиной. Как и у водяного колеса, с которым турбина поперечного потока имеет много общего, поток воды проходит по краю колеса. После попадания во внутреннюю часть ротора турбины воды уходит на противоположную сторону и, отдав лопаткам оставшуюся часть энергии, выходит наружу. Такой двукратный проход потока через ротор турбины обеспечивает дополнительную энергоэффективность. Кроме того, уходящая из колеса вода помогает очистить его от мелких частиц мусора и различных загрязнений. Турбина поперечного потока обладает относительно низкой быстроходностью, поэтому больше подходит для мест с низким напором, но большим расходом воды.

Хотя на рисунке для наглядности показано одно сопло, на практике турбины с поперечным потоком часто имеют два сопла, расположенных таким образом, что исходящие из них потоки воды не мешают течению друг друга.

Турбины поперечного потока часто изготавливаются как две турбины различной мощности, установленные на одном валу. В этом случае турбинные колеса имеют одинаковый диаметр, но разную длину для использования энергии различных объемов потока при одном и том же напоре. Совмещенные колеса, как правило, изготавливаются с объемами в соотношении 1 к 2. Регулирующий узел, контролирующий подаваемый на секции турбины поток воды, обеспечивает гибкую работу в режимах с 33, 66 или 100% мощности, в зависимости от того, подается ли вода на меньшую турбину, большую или на обе сразу.

Конструкция турбины

Турбина состоит из цилиндрического колеса или ротора с горизонтальным валом и прикрепленных к нему многочисленных (до 37) лопастей, расположенных радиально и тангенциально. Края лезвия заострены для уменьшения гидродинамического сопротивления. Лопатки сделаны в виде сегментов трубы, вырезанных по всей её длине. Концы лопастей приварены к дискам, передающим вращающий момент на вал, и формируют каркас, напоминающий "беличью клетку", где вместо стержней находятся корытообразные лопатки. Поэтому данный тип турбины иногда называют "короткозамкнутая турбина", по аналогии с ротором трехфазного двигателя. Струя воды направляется к ротору турбины по направляющим соплам, обычно имеющим прямоугольную форму. Поперечное сечение потока регулируется узлом, имеющим форму лопатки или языка. Вода поступает в ротор под углом около 45 или 120 градусов, в зависимости от использования одной из двух схем подачи воды, передавая кинетическую энергию лопаткам ротора. Вода в турбину поперечного потока течет сначала из её внешней стороны вовнутрь, при этом поток передает свою кинетическую энергию лопаткам со внешней стороны. Устройство регулирования управляет потоком воды на основе двух величин - необходимой энергии и наличия потока воды. Управляющими параметрами являются время подачи и объем поступающей в турбину воды в диапазоне от 0 до 100%. Вода поступает к турбине по двум соплам, сечение которых изменяется путём вращения двух языкообразных направляющих лопаток. Это обеспечивает плавное изменение потока воды, протекающей через сопло при любой ширине открытия. Направляющие лопатки могут в крайнем положении вовсе закрыть сопло, выступая, таким образом, в качестве клапанов подачи воды к турбине. Обе направляющие лопатки могут вращаться посредством рычагов, управляемых вручную или посредством автоматики.

Геометрия турбины ( сопло-ротор-вал) обеспечивает эффективное преобразование кинетической энергии воды в энергию вращения. Вода воздействует на лопатки два раза, но большая часть энергии воды преобразовывается на входе, когда вода попадает в ротор. Только треть мощности передается на ротор при выходе воды из турбины.

Вода проходит через каналы между лопастями турбины в двух направлениях: снаружи внутрь, и изнутри наружу. Большинство турбин изготавливаются для использования двух струй воды, направляемых таким образом, чтобы две струи воды в роторе не мешали течению друг друга. При этом, однако, также необходимо, чтобы скорость воды в двух турбинах и скорость вращения турбины были согласованы между собой.

Турбина с поперечным потоком относится к турбинам активного типа, поскольку при её работе давление в роторе остается постоянным. Однако, если турбина будет эксплуатироваться в замкнутом кожухе, дающем возможность использования энергии подсоса и если не менее 50% преобразованной турбиной энергии является энергией реакции потока, возникающей при расширении рабочего тела в каналах, образованных её лопатками, то такая турбина будет являться реактивной турбиной. Реактивная схема эксплуатации турбины поперечного потока может быть реализована лишь в том случае, если нижний бьеф воды находится много ниже нижнего края ротора.

Достоинства

Низкие эксплуатационные расходы турбин поперечного потока сочетаются с относительной простотой их конструкции. Максимальный КПД данной турбины составляет около 80%, что несколько меньше, чем у турбин Каплана, Фрэнсиса или Пелтона. Но, в отличие от них, турбина поперечного потока имеет плоскую кривую КПД при переменной нагрузке. При сдвоенном роторе и турбинной камере турбина поперечного потока сохраняет свою эффективность при загрузке, меняющейся от 1/6 до максимума.

Ввиду небольшой стоимости и хорошей управляемости, турбины с поперечным потоком в основном используются в энергоблоках мини и микро ГЭС, имеющих мощность менее двух тысяч кВт и действующих при напорах менее 200 м. В частности, на небольших русловых ГЭС, плоская кривая КПД турбины с поперечным потоком дает лучшие среднегодовые показатели выработки электроэнергии, чем другие системы турбин. Это тем более важно, что на небольших реках, на которых обычно используются турбины данного типа, в течение несколько месяцев расход воды бывает, как правило, низким. Общую эффективность турбины на таких реках определяет электроэнергия, производимая в маловодные периоды. В таком случае, если будут использованы турбины, имеющие высокий КПД при максимальной загрузке, но низкий при частичной нагрузке, их общая среднегодовая выработка электроэнергии оказывается ниже, чем у турбин с плоской кривой КПД.

Благодаря отличной эффективности при частичных нагрузках турбина поперечного потока хорошо подходит для автоматического производства электроэнергии. Его простая конструкция делает обслуживание более легким, чем турбин других типов; требуется только два подшипника и только три вращающихся детали. Механическая часть турбины весьма проста, поэтому её ремонт может быть выполнен местными механиками.

Еще одним преимуществом турбин поперечного потока является то, что они являются самоочищающимся: когда вода выходит из ротора, она, действуя вместе с центробежной силой, вымывает попавшие туда листья, траву и прочие мелкие предметы. Это предотвращает снижение эффективности турбины поперечного потока, что иногда происходит с турбинами других типов, когда они забиваются занесенными в них мусором. Ввиду этого, хотя максимальный КПД турбины поперечного потока несколько ниже, чем у других систем, в работе он оказывается более надежным. Обычно нет необходимости специальной очистки ротора, например, подачей обратного потока, изменением скорости потока воды или числа оборотов турбины. Другие типы турбин легче забиваются мусором, поэтому их средняя выработка оказывается ниже, чем у турбин поперечного потока, несмотря на номинально более высокий КПД при максимальной загрузке.

Смотрите также

• Турбина
• Турбина Каплана
• Турбина Фрэнсиса
• Турбина Пелтона
• Турбина Горлова, ось которой расположена перпендикулярно потоку
• Ветряная турбина с вертикальной осью, в которой поток также проходит через турбину в поперечном направлении
• активная турбина
• реактивная турбина

Внешние ссылки

• Ossberger - Ossberger Турбина
• JLA & Co - крест Турбинный
• Энтек T15 крест турбина
• IREM - Ecowatt Гидротурбина
• Вентиляторы с поперечным потоком и Cross Flow Колеса
• AC-TEC SRL Cross Flow Банки
• [pdf.usaid.gov/pdf_docs/PNAAP285.pdf Small Michell(Banki) turbine: a constrution manual]

Отрывок, характеризующий Турбина поперечного потока

Князь Андрей не мог удерживаться более и заплакал нежными, любовными слезами над людьми, над собой и над их и своими заблуждениями.
«Сострадание, любовь к братьям, к любящим, любовь к ненавидящим нас, любовь к врагам – да, та любовь, которую проповедовал бог на земле, которой меня учила княжна Марья и которой я не понимал; вот отчего мне жалко было жизни, вот оно то, что еще оставалось мне, ежели бы я был жив. Но теперь уже поздно. Я знаю это!»


Страшный вид поля сражения, покрытого трупами и ранеными, в соединении с тяжестью головы и с известиями об убитых и раненых двадцати знакомых генералах и с сознанием бессильности своей прежде сильной руки произвели неожиданное впечатление на Наполеона, который обыкновенно любил рассматривать убитых и раненых, испытывая тем свою душевную силу (как он думал). В этот день ужасный вид поля сражения победил ту душевную силу, в которой он полагал свою заслугу и величие. Он поспешно уехал с поля сражения и возвратился к Шевардинскому кургану. Желтый, опухлый, тяжелый, с мутными глазами, красным носом и охриплым голосом, он сидел на складном стуле, невольно прислушиваясь к звукам пальбы и не поднимая глаз. Он с болезненной тоской ожидал конца того дела, которого он считал себя причиной, но которого он не мог остановить. Личное человеческое чувство на короткое мгновение взяло верх над тем искусственным призраком жизни, которому он служил так долго. Он на себя переносил те страдания и ту смерть, которые он видел на поле сражения. Тяжесть головы и груди напоминала ему о возможности и для себя страданий и смерти. Он в эту минуту не хотел для себя ни Москвы, ни победы, ни славы. (Какой нужно было ему еще славы?) Одно, чего он желал теперь, – отдыха, спокойствия и свободы. Но когда он был на Семеновской высоте, начальник артиллерии предложил ему выставить несколько батарей на эти высоты, для того чтобы усилить огонь по столпившимся перед Князьковым русским войскам. Наполеон согласился и приказал привезти ему известие о том, какое действие произведут эти батареи.
Адъютант приехал сказать, что по приказанию императора двести орудий направлены на русских, но что русские все так же стоят.
– Наш огонь рядами вырывает их, а они стоят, – сказал адъютант.
– Ils en veulent encore!.. [Им еще хочется!..] – сказал Наполеон охриплым голосом.
– Sire? [Государь?] – повторил не расслушавший адъютант.
– Ils en veulent encore, – нахмурившись, прохрипел Наполеон осиплым голосом, – donnez leur en. [Еще хочется, ну и задайте им.]
И без его приказания делалось то, чего он хотел, и он распорядился только потому, что думал, что от него ждали приказания. И он опять перенесся в свой прежний искусственный мир призраков какого то величия, и опять (как та лошадь, ходящая на покатом колесе привода, воображает себе, что она что то делает для себя) он покорно стал исполнять ту жестокую, печальную и тяжелую, нечеловеческую роль, которая ему была предназначена.
И не на один только этот час и день были помрачены ум и совесть этого человека, тяжеле всех других участников этого дела носившего на себе всю тяжесть совершавшегося; но и никогда, до конца жизни, не мог понимать он ни добра, ни красоты, ни истины, ни значения своих поступков, которые были слишком противоположны добру и правде, слишком далеки от всего человеческого, для того чтобы он мог понимать их значение. Он не мог отречься от своих поступков, восхваляемых половиной света, и потому должен был отречься от правды и добра и всего человеческого.
Не в один только этот день, объезжая поле сражения, уложенное мертвыми и изувеченными людьми (как он думал, по его воле), он, глядя на этих людей, считал, сколько приходится русских на одного француза, и, обманывая себя, находил причины радоваться, что на одного француза приходилось пять русских. Не в один только этот день он писал в письме в Париж, что le champ de bataille a ete superbe [поле сражения было великолепно], потому что на нем было пятьдесят тысяч трупов; но и на острове Св. Елены, в тиши уединения, где он говорил, что он намерен был посвятить свои досуги изложению великих дел, которые он сделал, он писал:
«La guerre de Russie eut du etre la plus populaire des temps modernes: c'etait celle du bon sens et des vrais interets, celle du repos et de la securite de tous; elle etait purement pacifique et conservatrice.
C'etait pour la grande cause, la fin des hasards elle commencement de la securite. Un nouvel horizon, de nouveaux travaux allaient se derouler, tout plein du bien etre et de la prosperite de tous. Le systeme europeen se trouvait fonde; il n'etait plus question que de l'organiser.
Satisfait sur ces grands points et tranquille partout, j'aurais eu aussi mon congres et ma sainte alliance. Ce sont des idees qu'on m'a volees. Dans cette reunion de grands souverains, nous eussions traites de nos interets en famille et compte de clerc a maitre avec les peuples.
L'Europe n'eut bientot fait de la sorte veritablement qu'un meme peuple, et chacun, en voyageant partout, se fut trouve toujours dans la patrie commune. Il eut demande toutes les rivieres navigables pour tous, la communaute des mers, et que les grandes armees permanentes fussent reduites desormais a la seule garde des souverains.
De retour en France, au sein de la patrie, grande, forte, magnifique, tranquille, glorieuse, j'eusse proclame ses limites immuables; toute guerre future, purement defensive; tout agrandissement nouveau antinational. J'eusse associe mon fils a l'Empire; ma dictature eut fini, et son regne constitutionnel eut commence…
Paris eut ete la capitale du monde, et les Francais l'envie des nations!..
Mes loisirs ensuite et mes vieux jours eussent ete consacres, en compagnie de l'imperatrice et durant l'apprentissage royal de mon fils, a visiter lentement et en vrai couple campagnard, avec nos propres chevaux, tous les recoins de l'Empire, recevant les plaintes, redressant les torts, semant de toutes parts et partout les monuments et les bienfaits.
Русская война должна бы была быть самая популярная в новейшие времена: это была война здравого смысла и настоящих выгод, война спокойствия и безопасности всех; она была чисто миролюбивая и консервативная.
Это было для великой цели, для конца случайностей и для начала спокойствия. Новый горизонт, новые труды открывались бы, полные благосостояния и благоденствия всех. Система европейская была бы основана, вопрос заключался бы уже только в ее учреждении.
Удовлетворенный в этих великих вопросах и везде спокойный, я бы тоже имел свой конгресс и свой священный союз. Это мысли, которые у меня украли. В этом собрании великих государей мы обсуживали бы наши интересы семейно и считались бы с народами, как писец с хозяином.
Европа действительно скоро составила бы таким образом один и тот же народ, и всякий, путешествуя где бы то ни было, находился бы всегда в общей родине.
Я бы выговорил, чтобы все реки были судоходны для всех, чтобы море было общее, чтобы постоянные, большие армии были уменьшены единственно до гвардии государей и т.д.
Возвратясь во Францию, на родину, великую, сильную, великолепную, спокойную, славную, я провозгласил бы границы ее неизменными; всякую будущую войну защитительной; всякое новое распространение – антинациональным; я присоединил бы своего сына к правлению империей; мое диктаторство кончилось бы, в началось бы его конституционное правление…
Париж был бы столицей мира и французы предметом зависти всех наций!..
Потом мои досуги и последние дни были бы посвящены, с помощью императрицы и во время царственного воспитывания моего сына, на то, чтобы мало помалу посещать, как настоящая деревенская чета, на собственных лошадях, все уголки государства, принимая жалобы, устраняя несправедливости, рассевая во все стороны и везде здания и благодеяния.]
Он, предназначенный провидением на печальную, несвободную роль палача народов, уверял себя, что цель его поступков была благо народов и что он мог руководить судьбами миллионов и путем власти делать благодеяния!
«Des 400000 hommes qui passerent la Vistule, – писал он дальше о русской войне, – la moitie etait Autrichiens, Prussiens, Saxons, Polonais, Bavarois, Wurtembergeois, Mecklembourgeois, Espagnols, Italiens, Napolitains. L'armee imperiale, proprement dite, etait pour un tiers composee de Hollandais, Belges, habitants des bords du Rhin, Piemontais, Suisses, Genevois, Toscans, Romains, habitants de la 32 e division militaire, Breme, Hambourg, etc.; elle comptait a peine 140000 hommes parlant francais. L'expedition do Russie couta moins de 50000 hommes a la France actuelle; l'armee russe dans la retraite de Wilna a Moscou, dans les differentes batailles, a perdu quatre fois plus que l'armee francaise; l'incendie de Moscou a coute la vie a 100000 Russes, morts de froid et de misere dans les bois; enfin dans sa marche de Moscou a l'Oder, l'armee russe fut aussi atteinte par, l'intemperie de la saison; elle ne comptait a son arrivee a Wilna que 50000 hommes, et a Kalisch moins de 18000».
[Из 400000 человек, которые перешли Вислу, половина была австрийцы, пруссаки, саксонцы, поляки, баварцы, виртембергцы, мекленбургцы, испанцы, итальянцы и неаполитанцы. Императорская армия, собственно сказать, была на треть составлена из голландцев, бельгийцев, жителей берегов Рейна, пьемонтцев, швейцарцев, женевцев, тосканцев, римлян, жителей 32 й военной дивизии, Бремена, Гамбурга и т.д.; в ней едва ли было 140000 человек, говорящих по французски. Русская экспедиция стоила собственно Франции менее 50000 человек; русская армия в отступлении из Вильны в Москву в различных сражениях потеряла в четыре раза более, чем французская армия; пожар Москвы стоил жизни 100000 русских, умерших от холода и нищеты в лесах; наконец во время своего перехода от Москвы к Одеру русская армия тоже пострадала от суровости времени года; по приходе в Вильну она состояла только из 50000 людей, а в Калише менее 18000.]