PROFILBARU.COM

Ковшо́вая турби́на (струйно-ковшовая турбина) — активная гидравлическая турбина, используемая при очень больших напорах. Широко известна также как «турбина Пелтона» в честь американского изобретателя Лестера А. Пелтона^[англ.].

Ковшовые турбины конструктивно сильно отличаются от наиболее распространённых реактивных гидротурбин (радиально-осевых, поворотно-лопастных), у которых рабочее колесо находится в потоке воды. В ковшовых турбинах вода подаётся через сопла по касательной к окружности, проходящей через середину ковша. При этом вода, проходя через сопло, формирует струю, летящую с большой скоростью и ударяющую о лопатку турбины, после чего колесо проворачивается, совершая работу. После отклонения одной лопатки под струю подставляется другая. Процесс использования энергии струи происходит при атмосферном давлении, а производство энергии осуществляется только за счёт кинетической энергии воды. Лопатки турбины имеют двояковогнутую форму с острым лезвием посередине; задача лезвия — разделять струю воды с целью лучшего использования энергии и предотвращения быстрого разрушения лопаток. На рабочем колесе может быть установлено до 40 лопаток.

Рабочее колесо с лопатками может быть установлено как на горизонтальном, так и на вертикальном валу^[1]^[2]. При горизонтальном расположении вала, к каждому рабочему колесу может подводиться до двух форсунок; поскольку пропускная способность каждой форсунки ограничена, при больших расходах воды применяют установку на одном валу двух рабочих колёс либо используют вертикальную турбину. К последней может подводиться до шести форсунок. Скорость потока воды из форсунок зависит от напора и может достигать значительных величин, порядка 500—600 км/ч. Скорость вращения турбины также весьма велика, до 3000 об.мин.

Патент на ковшовую турбину был выдан американскому инженеру А. Пелтону в 1889 году^[3].

Ковшовые гидротурбины применяются при напорах более 200 метров (чаще всего 300—500 метров и более), при расходах до 100 м³/с. Мощность наиболее крупных ковшовых турбин может достигать 200—250 МВт и более. При напорах до 700 метров ковшовые турбины конкурируют с радиально-осевыми, при бо́льших напорах их использование безальтернативно^[4]. Как правило, ГЭС с ковшовыми турбинами построены по деривационной схеме, поскольку получить столь значительные напоры при помощи плотины проблематично.

Ковшовые турбины очень часто применяются на малых ГЭС, сооружаемых на небольших реках с большими падениями в горных районах.

Преимуществами ковшовых турбин является возможность использования очень больших напоров, а также небольших расходов воды. Недостатки турбины — неэффективность при небольших напорах, невозможность использования как насоса, высокие требования к качеству подаваемой воды (различные включения, такие как песок, вызывают быстрый износ рабочего колеса турбины).

Крупнейшие в мире ковшовые турбины установлены на швейцарской ГЭС Бьедрон, их мощность составляет 423 МВт. Эта же ГЭС является мировым рекордсменом по напору на гидроагрегатах, составляющему 1 869 м. До ввода этой ГЭС в 1998 году, в течение 40 лет первенство по напору принадлежало австрийской ГЭС Рейсек (Reißeck) — 1773 м.

ГЭС России с ковшовыми гидротурбинами

В практике российского гидроэнергостроительства ковшовые турбины пока не нашли широкого применения по причине существовавшей ориентации на строительство преимущественно низко- и средненапорных ГЭС. По состоянию на 2022 год, построены одна крупная и пять малых ГЭС с ковшовыми турбинами.

Зарамагская ГЭС-1. Крупнейшая действующая ГЭС в России с ковшовыми гидроагрегатами. Станция расположена на реке Ардон в Северной Осетии, введена в эксплуатацию в 2019 году. Мощность ГЭС — 346 МВт, в здании станции установлены 2 гидроагрегата, работающих при напоре 619 м.
Гизельдонская ГЭС. Пущена на реке Гизельдон в 1934 году, одна из старейших ГЭС России. Мощность ГЭС — 22,94 МВт, в здании станции установлено четыре горизонтальных гидроагрегата, работающих при напоре 289 м.
Курушская ГЭС. Пущена на реке Усухчай в 1951 году. Мощность ГЭС — 0,48 МВт, в здании станции установлено два горизонтальных гидроагрегата импортного производства.
Малая Краснополянская ГЭС. Пущена на реке Бешенка в 2005 году. Мощность ГЭС — 1,5 МВт, в здании станции установлен 1 горизонтальный гидроагрегат.
ГЭС «Джазатор». Пущена на реке Тюнь в 2007 году. Мощность ГЭС — 0,63 МВт, в здании станции установлено два горизонтальных гидроагрегата, работающих на напоре 140 м.
Фаснальская ГЭС. Станция расположена на реке Сонгутидон в Северной Осетии, пущена в 2009 году. Мощность ГЭС — 6,4 МВт, в здании станции установлены 4 гидроагрегата, из них три радиально-осевых и один горизонтальный ковшовый.

Применение ковшовых турбин также планируется в проекте Верхнебаксанской ГЭС.

Планирующиеся ГЭС России с ковшовыми гидротурбинами

В настоящее время в России строится малая ГЭС "Барс" на высоком напоре (200 м.) с использованием ковшовых гидротурбин^[5]. Также ведется проектирование 6-ти Самурских МГЭС 11-16 также с использованием ковшовых гидротурбин^[6]. Локализацию производства и поставки гидротурбин ковшового типа на МГЭС "Барс" и Самурские МГЭС обеспечивает Российско-китайская "ТурбоГрин"^[7].

ГЭС Казахстана с ковшовыми турбинами

Верхне-Алматинская ГЭС. Станция расположена на р. Большая Алматинка, пущена в 1953 году. Мощность ГЭС — 15,6 МВт, в здании станции установлено 3 гидроагрегата, работающих при напоре 581 м.
Алматинская ГЭС № 2. Станция расположена на р. Большая Алматинка, пущена в 1959 году. Мощность ГЭС — 14,3 МВт, в здании станции установлены 3 гидроагрегата, работающих при напоре 516 м.
Мойнакская ГЭС. Станция расположена на р. Чарын, находится в стадии строительства с 1985 года, окончание строительства намечено на 2011 год. Планируемая мощность ГЭС — 300 МВт, в здании станции должны быть установлены 2 гидроагрегата, работающих при напоре около 500 м.

ГЭС Армении с ковшовыми турбинами

Татевская ГЭС. Станция расположена на реке Воротан. В здании ГЭС установлено 3 вертикальных гидроагрегата, работающих при напоре 569 м.
ГЭС Yeghesis. В здании ГЭС размещены два вертикальных гидроагрегата мощностью по 6,46 МВт, работающих на напоре 250 м. Станция введена в эксплуатацию в 2006 году^[8].

ГЭС Грузии с ковшовыми турбинами

Храми ГЭС-1. Станция расположена на реке Храми. Мощность ГЭС — 112,5 МВт. В здании ГЭС установлено 3 вертикальных гидроагрегата, работающих при расчётном напоре 370 м (максимальный — 420 м).
Шаори ГЭС. Станция расположена на реке Шаори. Мощность ГЭС — 40 МВт. В здании ГЭС установлено 4 вертикальных двухсопловых гидроагрегата, работающих при расчётном напоре 478 м (максимальный — 538 м).
Бжужская ГЭС. Станция расположена на реке Бжужа. Мощность ГЭС — 12,24 МВт. В здании ГЭС установлено 3 горизонтальных двухсопловых гидроагрегата, работающих при расчётном напоре 291 м (максимальный — 300 м).