Кіріспе
Су турбинасы (ағылш. Cross flow turbine, Bánki Michell turbine, немесе Ossberger turbine) – австралиялық Энтони Мишель, венгр Донат Банки және неміс Фриц Оссбергер әзірлеген су турбинасы. Мишель 1903 жылы турбина дизайнына патент алды, ал оны көп жылдар бойы Weymouth компаниясы өндірді. Оссбергердің алғашқы патенты 1933 жылы тіркелді ("Free Jet Turbine" 1922, Imperial Patent No. 361593 және "Көлденең ағынды турбина" 1933, Imperial Patent No. 615445), ол осы турбинаны стандартты өнім ретінде шығарды. Бүгінде Оссбергердің атымен аталатын компания осы турбина түрін өндірушілердің алдыңғы қатарында тұр. Көптеген су турбиналарынан айырмашылығы, оларда осьтік немесе радиалды ағын болса, көлденең ағынды турбинада су турбинаның ішінде көлденең немесе турбина қанаттары арқылы өтеді. Су дөңгелегі сияқты, су турбинаның шетінен кіреді. Ішкі бөлігінен өткен соң, ол қарсы жағынан, сыртқа қарай шығады. Судың турбина арқылы екі рет өтуі қосымша тиімділік береді. Су шыққанда, ол кішкентай қоқыстар мен ластанудан тазарады. Көлденең ағынды турбина – төмен жылдамдықты машина, ол төмен қысымды, бірақ жоғары ағынды жерлерге өте қолайлы. Суретте қарапайымдық үшін бір түтік көрсетілгенімен, көптеген практикалық көлденең ағынды турбиналарда екі түтік болады, олар су ағынының кедергісін болдырмау үшін орналастырылған. Көлденең ағынды турбиналар көбінесе бір білікті бөлісетін әртүрлі қуатты екі турбинадан тұрады. Турбина дөңгелектерінің диаметрі бірдей, бірақ әртүрлі көлемді бірдей қысымда өңдеу үшін ұзындығы әртүрлі болады. Бөлінген реттегіш құрылғы, турбинаның бастапқы бөлігіндегі бағыттағыш қанаттар жүйесі, ағынға байланысты 33, 66 немесе 100% қуатпен икемді жұмыс істеуді қамтамасыз етеді. Турбинаның салыстырмалы түрде қарапайым құрылысының арқасында пайдалану шығындары төмен болады.
A cross flow turbine, Bánki Michell turbine, or Ossberger turbine is a water turbine developed by the Australian Anthony Michell, the Hungarian Donát Bánki and the German Fritz Ossberger. Michell obtained patents for his turbine design in 1903, and the manufacturing company Weymouth made it for many years. Ossberger's first patent was granted in 1933 ("Free Jet Turbine" 1922, Imperial Patent No. 361593 and the "Cross Flow Turbine" 1933, Imperial Patent No. 615445), and he manufactured this turbine as a standard product. Today, the company founded by Ossberger which bears his name is the leading manufacturer of this type of turbine. Unlike most water turbines, which have axial or radial flows, in a cross flow turbine the water passes through the turbine transversely, or across the turbine blades. As with a water wheel, the water is admitted at the turbine's edge. After passing to the inside of the runner, it leaves on the opposite side, going outward. Passing through the runner twice provides additional efficiency. When the water leaves the runner, it also helps clean it of small debris and pollution. The cross flow turbine is a low speed machine that is well suited for locations with a low head but high flow. Although the illustration shows one nozzle for simplicity, most practical cross flow turbines have two, arranged so that the water flows do not interfere. Cross flow turbines are often constructed as two turbines of different capacity that share the same shaft. The turbine wheels are the same diameter, but different lengths to handle different volumes at the same pressure. The subdivided wheels are usually built with volumes in ratios of The subdivided regulating unit, the guide vane system in the turbine's upstream section, provides flexible operation, with 33, 66 or 100 % output, depending on the flow. Low operating costs are obtained with the turbine's relatively simple construction.
Құрылыстың егжей-тегжейі
Турбина цилиндрлі су дөңгелегі немесе жүгірушіден тұрады, оның көлденең білігі бар және радиалды және тангенциалды орналастырылған көптеген (37-ге дейін) қақпақтардан құралған. Қақпақтардың жиектері су ағынына қарсы кедергіні азайту үшін өткірленген. Қақпақтың қимасы жартылай дөңгелек пішіндес (түтіктің бойымен кесілген). Қақпақтардың ұштары дискілерге дәнекерленіп, хомяк клеткасы сияқты қоршау жасайды және кейде "қасқыр клеткалы турбиналар" деп аталады; тордың орнына турбинада науа тәрізді болат қақпақтар болады. Су алдымен турбинаның сыртынан ішіне ағады. Вальв немесе тіл тәрізді реттегіш құрылғы ағынның қимасын өзгертеді. Су ағыны сопло арқылы цилиндрлік жүгірушіге бағытталады. Су жүгірушіге шамамен 45/120 градус бұрышта кіреді, судың кинетикалық энергиясының бір бөлігін белсенді цилиндрлік қақпақтарға жеткізеді. Реттеу құрылғысы қажетті қуатқа және қол жетімді суға байланысты ағынды басқарады. Қатынас мынадай: (0–100%) судың 0–100%×30/4 қақпаққа жіберіледі. Су екі соплоға екі бағыттағыш қанат арқылы жіберіледі. Олар ағынды бөліп, бағыттап, судың кез келген ендегі ашылу үшін тегіс кіруін қамтамасыз етеді. Бағыттағыш қанаттар турбина корпусының жиектеріне тығыз жабысуы керек, сондықтан су деңгейі төмен болғанда, олар сумен жабдықтауды тоқтатуы мүмкін. Сондықтан бағыттағыш қанаттар субақа мен турбина арасындағы клапан ретінде әрекет етеді. Екі бағыттағыш та автоматты немесе қолмен басқаруға қосылатын басқару тұтқаларымен орнатылуы мүмкін. Турбина геометриясы (сопло, жүгіруші, білік) су ағынының тиімділігін қамтамасыз етеді. Су жүгірушіге екі рет әсер етеді, бірақ қуаттың көп бөлігі жүгірушіге су кірген кезде бірінші өтуде беріледі. Су турбинадан шығып жатқанда қуаттың тек 1/3 бөлігі ғана жүгірушіге беріледі. Су қақпақтардың арналары арқылы екі бағытта ағып өтеді: сырттан ішке және іштен сыртқа. Көптеген турбиналар екі сопломен жұмыс істейді, екі су ағыны жүгірушідің ішінде бір-біріне кедергі келтірмейді. Дегенмен, турбинаның, су басының және турбина айналу жылдамдығының үйлесімді болуы өте маңызды. Кросс-ағынды турбина импульстік типке жатады, сондықтан жүгірушіден өтетін қысым тұрақты болады.
Артықшылықтар
Кросстық турбинаның ең жоғары тиімділігі Каплан, Фрэнсис немесе Пелтон турбиналарына қарағанда сәл төмен. Алайда, кросстық турбинаның әртүрлі жүктемеде тиімділік қисығы тегіс болады. Бөлінген ротор және турбина камерасының арқасында турбина ағын мен жүктеме 1/6-дан максималды деңгейге дейін өзгергенде тиімділігін сақтайды. Төмен бағасы мен жақсы реттелу қасиеттеріне байланысты кросстық турбиналар көбінесе мың кВт-тан аз қуаты бар және су басы төмен шағын және микросу электр станцияларында қолданылады. Әсіресе, өзен арнасындағы кішкентай станцияларда, тегіс тиімділік қисығы басқа турбина жүйелерімен салыстырғанда жылдық өнімділікті жақсырақ қамтамасыз етеді, себебі кішкентай өзендерде су көлемі кейбір айларда төмендейді. Турбинаның тиімділігі өзендердің су ағыны азайған кезде электр энергиясын өндіруге болатынын анықтайды. Егер қолданылатын турбиналар жоғары ең жоғары тиімділікке ие болса, бірақ жартылай жүктемеде нашар жұмыс істесе, жылдық өнімділік тегіс тиімділік қисығы бар турбиналарға қарағанда төмен болады. Жартылай жүктемеде өте жақсы жұмыс істеуіне байланысты кросстық турбина қадағалаусыз электр энергиясын өндіруге өте ыңғайлы. Оның қарапайым құрылысы оны басқа турбина түрлерімен салыстырғанда күтіп ұстауды жеңілдетеді; күтіп ұстауды қажет ететін тек екі подшипник және үш айналмалы элемент бар. Механикалық жүйе қарапайым болғандықтан, жөндеу жұмыстарын жергілікті механиктер орындай алады. Тағы бір артықшылығы – ол көбінесе өзін-өзі тазарта алады. Су ротордан шыққанда, жапырақтар, шөп сияқты заттар роторда қалмайды, бұл шығындардың алдын алады. Сондықтан, турбинаның тиімділігі сәл төмен болса да, ол басқа түрлерге қарағанда сенімдірек. Әдетте, ағынды кері бұру немесе жылдамдықты өзгерту арқылы роторды тазалау қажет болмайды. Басқа турбина түрлері оңай тоқталып қалады, нәтижесінде жоғары номиналды тиімділікке қарамастан қуат шығындары пайда болады.
Particularly with small run of the river plants, the flat efficiency curve yields better annual performance than other turbine systems, as small rivers' water is usually lower in some months. The efficiency of a turbine determines whether electricity is produced during the periods when rivers have low flows. If the turbines used have high peak efficiencies, but behave poorly at partial load, less annual performance is obtained than with turbines that have a flat efficiency curve. Due to its excellent behaviour with partial loads, the cross flow turbine is well suited to unattended electricity production. Its simple construction makes it easier to maintain than other turbine types; only two bearings must be maintained, and there are only three rotating elements. The mechanical system is simple, so repairs can be performed by local mechanics. Another advantage is that it can often clean itself. As the water leaves the runner, leaves, grass etc. will not remain in the runner, preventing losses. Therefore, although the turbine's efficiency is somewhat lower, it is more reliable than other types. No runner cleaning is normally necessary, e. g. by flow inversion or variations of the speed. Other turbine types are clogged more easily, and consequently face power losses despite higher nominal efficiencies.