ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ

Системы турбин

Существует большое разнообразие типов турбин, но все они обыч­но подразделяются на два класса. Активная турбина преобразует теп­ловую энергию в кинетическую при падении давления лишь в сопле. Кинетическая энергия жидкости затем преобразуется в энергию вра­щательного движения, когда поток направляют на какой-либо тип ло­паток на колесе турбины. Давление во вращающихся узлах турбины почти не изменяется. Реактивная турбина, обычно используемая для преобразования энергии газов высокого давления, приводится в дей­ствие расширяющимся газом, проходящим чрез вращающиеся лопатки, и это расширение сопровождается падением давления. Чтобы предотвра тить перетекание газа, зазоры между лопатками и корпусом (или ста­тором) должны быть очень малыми.

Следовательно, существуют два способа преобразования энергии в системе полного потока. Первый — расширение двухфазной смеси в сопле с тем, чтобы получить высокоскоростные струи, которые ис­пользуются затем для приведения в действие активной турбины. При этом падение давления целиком происходит в сопле. Второй — расши­рение двухфазной смеси в реактивной турбине, где происходит как изменение скорости, так и падение давления.

Осевые реактивные турбины имеют более высокий к. п.д., работа­ют обычно при более высоких скоростях, имеют несколько ступеней и, как правило, сложнее, поскольку для обеспечения заданного давле­ния на ступени зазоры должны быть очень малыми. Нельзя, однако, ожидать, что многоступенчатые турбины будут надежными в работе, когда они непосредственно приводятся в действие смесью пара, гео­термального раствора с кремнеземом, возможно, песком и другими посторонними примесями.

Из-за этого свойства рабочей жидкости турбина должна быть простой и легко обслуживаемой. Поэтому активная турбина оказыва-

Ется наиболее подходящей. Самой распространенной активной турби­ной является осевая активная турбина, в которую жидкость посту­пает через серию сопел, расположенных по окружности колеса.

Максимальный к. п. д. как одноступенчатых, так и многоступенча­тых турбин составляет ~88%. Трение на лопатках, утечки за лопат­ками, турбулентность и рассеяние струи будут понижать к. п.д. турби­ны. Кроме того, могут возникать большие осевые силы, и подавление вибраций всегда является важной задачей при создании осевых турбин.

Радиальные и тангенциальные активные турбины (фиг. 6.10) явля­ются самыми перспективными для подобного применения. Радиальная турбина (фиг. 6.10,в) аналогична гидравлической турбине Френсиса, за исключением того, что в ней вместо входных направляющих лопа­ток применяются сопла. При правильном выборе углов на входе и вы­
ходе рабочего колеса жидкость будет входить в турбину радиально без тангенциальной составляющей скорости (завихрений).

В принципе к. п. д. лопаток в данных условиях может достигать 100%. Это, однако, маловероятно, так как будут иметь место потери, обус­ловленные турбулентностью, и могут понадобиться такие углы уста­новки лопаток, которые сообщают жидкости на выходе из сопла неко­торое завихрение. Радиальные активные турбины обладают следую­щими преимуществами: высокий к. п.д., малые вентиляционные потери, возможность выбора угла установки сопла, небольшие потери от рас­сеяния струи и минимальная вибрация. Вибрации незначительны, так как сопло расположено в плоскости колеса и осевое усилие мало.

Тангенциальные турбины (фиг. 6.10,6) имеют прообразом колесо Пелтона. Хотя оно использовалось только как гидравлическая турби­на, не существует серьезных возражений против его использования для работы с двухфазной жидкостью. Это устройство может иметь к. п.д. до 95% в зависимости от угла наклона лопаток и угла на выхо­де. Конечно, может оказаться важным трение на лопатках, но основ­ные потери (и недостатки) будут, вероятно, обусловлены эффектом вентилирования и рассеянием струи, так как сопла должны размещать­ся на некотором расстоянии от лопаток.

К основным преимуществам турбин этого типа следует отнести высокую эффективность, простоту изготовления (и, следовательно, низкую стоимость), малую вероятность вибрации и простоту замены и восстановления лопастей. Последнее может быть особенно важным в связи с высокой коррозионной активностью рабочей жидкости.

Обычно гидравлические устройства таких типов обладают к. п.д. рабочего колеса более 90%. Из-за отсутствия данных для режима работы с двухфазной жидкостью 'невозможно оценить к. п.д. при таких рабочих условиях. Тем не менее нет существенных причин для боль­ших различий в к. п.д., и вполне вероятно, что турбина с двухфазным полным потоком будет иметь к. п.д. 90%.