хотя трубопровод при этом имеет ничтожную длину; спиральные бетонные или железобетонные камеры образуют особыми пустотами в фундаменте станции, так же как и изогнутые всасывающие трубы; такие турбины иногда называют полузакрытыми (фиг. 15). Влияниеформ всасывающей трубы и подводящей камеры на кпд турбины велико; поэтому они теперь особенно подробно изучаются.

Функциональная зависимость разных величин в турбине, характерная для данной турбины и ее типа и нанесенная на график, назыв. характеристикой турбины [1. При прикрывании турбины (и поддержании постоянного п посредством подбора нагрузки) Q и JV падают, но не в одинаковой степени; поэтому меняется и т]. Эта зависимость изображается нат.н. рабочей характеристике. Фиг. 16 дает такие характеристики для турбин разных типов, но при одних и тех же напорах и наибольпшх расходах. Почти у всех турбин (кроме тихоходных) rimax получается не при Qmax, т. е. не при полном открытии, а при частичном - примерно, при Q =0,7-0,9 от Qmax\

majc больше Г] при ПОЛНОМ

открытии на 2-5%; (открытием назьгеается отношение площади выхода из направляющего аппарата к наибольшей возможной площади выхода в данной турбине). При дальнейшем закрывании турбины и уменьшении расхода jj понижается, и тем быстрее, чем быстроходнее турбина. Приведенные выше значения относятся не к полному открытию, а к rjmax- Значения Ug, указываемые в табл. 1, относятся к наибольшему JV, к-рое способна дать турбина при полном открытии; некоторые авторы вычисляют однако ng по N при -Птах-Слева от пересечеьгая кривых Г] с осью абсцисс турбина не только вполне разгружена, но даже не дает прежнего п, хотя и Q и открытие не равны 0.

Из рабочих характеристик видно, что при сильно переменной нагрузке или переменном расходе невыгодно ставить быстроходные, особенно винтовые турбины. Турбина Каплана (1913 год), принадлежащая

к типу винтовых, не имеет этого недостатка; она даже лучше нормальных турбин Френсиса в этом отношении. В турбинах Каплана (фиг. 9 и 15), при регулировании, одновременно с поворотом направляющих лопаток меняют свое положение относительно втулки и рабочие лопатки. С этою целью они прикреплены ко втулке на шипах, погруженных во втулку; гидравлич. передача или особый механизм, введенный внутрь полых вала и втулки и вращающийся с ними, связывает эти шипы с регулятором, к-рый при прикрывании турбины ставит лопатки более полого. Лучшая характеристика достигается путем усложнения конструкции и ухода. Турбины Каплана предположены к установке на Свирской гидроэлектрич. станции.

На каждой турбинной установке напор колеблется во времени, число же оборотов, по условиям нагрузки станции, обычно не должно меняться. Поэтому нельзя сохранить кпд постоянньш. Связь Н, Q, N и (при некотором постоянном открытии) изображается напорной характеристикой, где независимьш переменным является И. На фиг. 17 даны примерные рабочие характеристики турбин разных типов, имеющих, однако, при одном и том же нормальном напоре одинаковые q, tj и N. Кпд падает при любом изменении И; Q и N

Фиг. 1 5.

растут и падают с И. Падение N с падением Н является существеюшш недостатком всех турбин: в половодье падает Я и с ним мощность турбины, хотя избыток воды идет мимо турбины. В этом отношении быстроходные турбины выгоднее тихоходных, так как они медленнее сдают N при падении Н. Это осо-бершо важно в низконапорных установках;

в высоконапорных Н меняется относительно мало. Пользование характеристиками необходимо при проектировании станций, т. к. они позволяют вычислить наперед ход изменений вырабатьгоаемой энергии в зависимости от предположенньпс изменений И я Q.

OJ (13 0,4 0,5

Фиг. 16.

0,7 0,8 0,9 7,0 Расмд Q

При этом приходится пользоваться характеристиками более полными, чем указанные, дающими связь одновременно и с открытием и с напором,-т. н. универсальными, или общими, характеристиками водяньпс турбин.

Расчет реактивных турбин вообще довольно сложен; он проще для турбин Френсиса (и диагональных), так как исходит из так называемой струйной теории, т.е. гидродинамической теории, разработанной, главным образом, в применегши к авиации (см. Аэродинамика, Вихревая теория. Воздушный винт). Гораздо проще и вполне достаточен для строителей станций

(6 as t,q I?

Фиг. 17

Напор п

подбор турбин, Т. е. определение подходящего типа их и главных размеров [J. Для станции обычно известны ее нанор Н и расход; из разных соображений задаются

числом турбин на станции; это определяет расход Q одной турбины; берут подходящий кпд п и получают мощность турбины -xmQQHn подборе особенно надо

считаться с потребным числом оборотов. Теперь сколько-нибудь значительная турбина работает всегда на электрич. генератор, и только меньпше турбины-на привод или непосредственно на машину-орудие (мельничный постав, прокатный стан, дре-вотерка и т. д.). Генераторы строятся с

800 10 ООО

числом оборотов те в пределах от до -=

fN VN

(предпочтительнее-ближе к верхнему), где N-число IP, отдаваемых турбиной генератору; однако и в этих пределах для трехфазного тока с 50 периодами в секунду употребительны только следующие п: 1 500, 1000, 750, 500, 375, 300, 250, 214, 187, 167, 150, 125,107,94,83, 75, 62. По известной N и этим данным получают ряд вариантов для генераторов и соответственный ряд вариан-

тов для те.

-1/\

Откидывая те п, при

которьгх, судя по и, возможна кавитация, из оставшихся (обычно немногих) вариантов выбирают один, для к-рого теперь известны: Q, Н, rj, N, Hg и те. Если Ug оказывается за верхними пределами возможного, значит такой турбины построить нельзя; тогда следует увеличить число турбин на станции, т. е. уменьшить N и те. Для колеса Пельтона Z) и d определяют вышеуказанным способом; основные размеры реактивной турбины определяются по табл. 1.

Табл. 1. - Основные размеры реактивной турбины.

По известному щ берут из таблицы t/i или и 2 (для любого промежуточного Hg-интер-поляхщей) и определяют характерный диаметр из выражения:

D, (или D2) = 60(или и.)У29Н .

По следующим трем столбцам находят значения В,В,В. Диаметр вала d берут равным

где <5 равно от 10,5 (у самых крупных

турбин с больщим до 13 (при 1) и 16

(при 0,1). При длине всасывающей трубы, равной от 3 до 8 Dg, площадь ее сечения при выходе из нее м. б. в 3-5 раз больше площади сечения при входе в нее. Площадь сечения при входе в спиральную камеру бе-Q

рется около-----.

(0,1 до o,3)i/2gH

Приблизительный вес турбин в кг (под напоры до 8 лг, открытых, с железной всасывающей трубой и ручным регулированием, но без маховика и привода, при диаметре от 0,3 до 2,5 м, Ws=2004-300) равен J-Dj ]/Bi кг, где А для вертикальных-3 700, для горизонтальн.-5 500, для горизонтальных сдвоенных-10 200, а В выражено в м. Предельные размеры: существуют турбины в 70 ООО IP (в постройке находятся в 90 ООО IP, Волховстрой 11500 IP) [V]; наибольший диаметр 5,8 ж (в постройке для Свирской станции 7,62 м). Расчеты и практика показывают, что в горных местностях (большие напоры и малые расходы) наиболее пригодны тихоходные турбины (колеса Пельтона и Френсиса с малым Wg); напротив, в равнинных странах, чем положе уклоны рек (малые напоры) и чем они полноводнее (большие расходы), тем более необходимы быстроходные турбины.

Арматура мелких турбин сводится лишь к масленкам и к клапанам для спуска воды из подводящих кал1ер. У закрытых турбин имеются затворы на подводящих трубах и краны для выпуска воздуха из кожухов при пуске турбины в ход. На крупных турбинах часто устраиваются водопроводы для охлаждения подпятников и тормозы для останова турбины. В состав измерительной арматуры входят: водомерные рейки у верхового и низового горизонтов воды (для наблюдения за напором), указатель открытия у регулятора, вакууметр на всасьгоающей трубе, тахометр (для указания числа оборотов вала); у закрытых турбин-манометр на кожухе и иногда гидрометрич. вертушка (или другой соответствующий прибор) в трубопроводе для определения скорости и расхода воды. Мощность и работа определяются на станциях по ваттметру и счетчику киловатт-часов .

Уход за турбинами очень прост: только подпятники требуют тщательного присмотра за собой, за чистотой и охлаждением работающего в них масла; надо также следить за исправностью смазки подводных подшипников и за плотностью сальников у всасывающих труб, иначе незаметно падает кпд. В вертикальных турбинах зыбкость верхней опоры ведет к неровному ходу зубчатой передачи, износу ее и подшипников, к задеванию неподвижных частей рабочим ко.чесом и поломке последнего. Вода со взвешенными наносами истирает более или менее быстро детали там, где скорость воды наибольшая, т. е. в конце направляющего аппарата и в зазоре; нужны хорошая очистка такой воды

до впуска в подводящие кана.ты и сменная облицовка ободьев направляющего аппарата, а отчасти и рабочего колеса; колеса для таких установок отливаются из бронзы или стали. Лопатки рабочего колеса, разъеденные кавитацией, чинятся наваркой метал.па электрическ. способом. Засорение крушшми наносами (кусками дерева) мало вероятно, т.к. этому мешают решетки и забрала перед входом в каналы и камеры; все не изредка осматривают колеса с низовой стороны через лазы и очищают их узкие выходные отверстия от засевших предметов (иногда и от рыбы). В крупных турбинах, во избежание поломки направляющих лопаток при их закрывании сильным регулятором в случае застревания твердого тела, делают одно из звеньев (напр., болт) между регулировочным кольцом и лопаткой намеренно слабым, чтобы поломка происходила в этой легко заменяемой детали, а не в других, более дорогих. ,Донный лед опасен не для самой турбины, а для всей гидростанции, т. к. он может забить решетку и канал; через турбину же он проходит обычно свободно; в крайнем случае впускают в камеру струйку ключевой или слегка подогретой воды. Турбины принадлежат к наиболее долговечным машинам и обычно выбрасываются не вследствие износа, а с целью замены старого типа более новым, т. е. более мощным, быстроходным или экономичным. Срок погашения стоимости турбин принимается в 20-30 лет. Расходы по уходу и текущему ремонту, как видно из предыдущего, невелики. В отношении безопасности и гигиены турбины стоят выше всех других двигателей. Тщательного ограждешхя требует лишь зубчатая передача вертикальных турбин. За последнее время обращено внимание на опасность осмотра крупных турбин изнутри с переносными лампочками, вследствие возможности короткого замыкания; здесь уже ток в 50 V при коротком замыкании смертелен; поэтому разрешается применение тока не выше 24 V. Т. к. осмотр турбин и опорожненных камер в местностях с густым населением подвергает осмотрщиков опасности заразы, то рекомендуется пустые турбины в таких случаях перед осмотром дезинфицировать длитель- ным пропуском пара. О монтаже см. [, 1, об испытаниях-[,8], историю Д. г. см. [,°].

Испытания водяных турбин производятся в особых лабораториях и на работающих установках. Такие лаборатории существуют и в СССР при ряде высших техническ. учебных заведений и в нек-рых науч-ньгх институтах (Центр, аэрогидродинамич. ин-т и Лаборатория гидравлич. установок в Москве). Целью лабораторных испытаний является научное изучение рабочего процесса для дальнейшего усовершенствования конструкций, испытания же на установках служат главн. образом для проверки соответствия турбины условиям поставки. Испытания первого рода производятся очень подробно, но для удобства и сокращения расходов лишь над малыми моделями; испытания второго рода по необходимости д. б. более простыми и обычно сводятся: 1) к проверке заданной пропускной способности Q и мощности N при наибольшем открытии; 2) к опре-