|
(Vynalezena E. Crewdsonem v r.1920)
Typově se jedná o rovnotlakou turbínu s parciálním ostřikem. Účinnost 85...90% (platí při plnění 40...100%, již při plnění nad 20% vyšší než 70%). |
Rozsah použití:
| spád [m] | průtok [ltr./sec.] |
| (min.1) 10 až 300 | 1,5 až 3200 |
Vzhled malého turbosoustrojí:
Princip turbíny:
Voda je přiváděna k turbíně potrubím kruhového průřezu, které vede k jedné nebo více dýzám. V šikmo umístěné dýze kruhového průřezu se celý spád vody přetransformuje na pohybovou energii. Voda vstoupí šikmo tangenciálně do oběžného kola. Oběžné kolo je tvořeno dvěma prstenci, mezi kterými jsou zakřivené lopatky. Lopatky se snaží otočit směr tekoucí vody zpět. Změna směru způsobí předání energie oběžnému kolu. Vzájemným souběhem rychlosti vody tekoucí po lopatce při současném otáčení oběžného kola dojde k tomu, že voda opouští lopatky na vnější straně s minimální zbytkovou rychlostí a volně padá do odpadu pod turbínou. Plně je využitý spád "H". Výškový rozdíl "Hztr" je ztracený a energeticky nevyužitý. Turbína způsobem ostřiku připomíná turbínu Lavalovu a její oběžné kolo je blízké kolu Girardovy turbíny.
Legenda:
- H...činný spád [metry]
- Hztr...výška nad spod.vodou [metry]
- Q...jmenovitý průtok jednou dýzou [ltr./sec.]
- c1...vstupní rychlost vody do lopatek [m/sec.]
- c2...výstupní rychlost vody z lopatek [m/sec.]
- d...průměr vodního paprsku [mm]
- d1...velký průměr jehly [mm]
- d2... průměr regulační tyče jehly [mm]
- D...průměr dýzy [mm]
- Ds...průměr kola na který dopadá paprsek [mm]
- L...délka hlavice jehly [mm]
- n...otáčky turbíny [ot./min.]
- lop. ...počet lopatek [ks]
- R ...poloměr kulového tvaru lopatky [mm]
- š ...šířka mezikruží pro vstup vody [mm]
- v ...střed kulové plochy lopatky [mm]
Rozměry:
Pro stanovení rozměrů turbíny je možno (pro jednoduchost) vycházet z průměru vodního paprsku "d":
| D = 1,2 x d |
| d1 = 1,42 až 1,62 x d |
| d2 = 0,58 až 0.7 x d |
| L = 3,25 až 3,66 x d |
| světlost potrubí = 2,5 až 3 x d |
| plný zdvih jehly = max. 1,16 x d |
| alfa = 42 až 50o |
| beta = 60 až 90o |
Rozměry lopatky:
| š = 1,2 x d |
| R = 1,5 x d |
| v = 1,16 x d |
| rozteč lopatek = 1,2...1,4 x d |
Rozměry oběžného kola:
| Ds (min.) = 6 x d |
| Ds (optimál.) = 9 až 10 x d |
| Ds (max.) - neomezeno |
Výpočet:
Výpočet řeší turbínu jednodýzovou. Turbína může mít jednu dýzu regulovanou (jehlou) a navíc ještě další tři dýzy neregulovatelné. Jejich kombinacemi lze zvládnout průtok s výbornou účinností ve velmi širokém rozsahu, při použití malého oběžného kola. Výhodou jsou vysoké otáčky a na větších spádech lze pak turbínu umístit přímo na hřídel generátoru. Dýzy mohou mít i různě velké otvory. Potom se oběžné kolo počítá podle největší dýzy. Při více dýzách podělte nejprve hltnost Q počtem dýz a s podílem vody připadajícím na jednu z nich pokračujte následujícím výpočtem.
Postup:
- Nejprve je potřeba zjistit, jaká bude rychlost c1 vodního paprsku dopadajícího na lopatky oběžného kola. Ta je závislá na spádu H:
- Vypočtenou rychlost spolu s průtokem Q který připadá na jednu dýzu dosadíte do následujícího vzorce...
... a obdržíte průměr vodního paprsku d, který po dosazení do výše uvedených tabulek použijete k získání všech základních rozměrů turbíny.
- Ze vstupní rychlosti c1 spočítáte také obvodovou rychlost turbíny u:
...a z této rychlosti u získáte jmenovité otáčky n. K tomu potřebujete znát průměr "D"s. Vzorec na výpočet "D"s naleznete v tabulce nahoře. Průměr je částečně omezen průměrem paprsku "d". Vhodnou volbou průměru kola lze ovlivnit rychloběžnost a tedy i počet otáček. K mezním hodnotám však sahejte jen v případě nejvyšší nouze.
Přitom průběžné otáčky nezatížené turbíny by mohly dosáhnout až 1,8-násobek této hodnoty. Potřebný počet lopatek vyplývá z obvodu oběžného kola poděleného roztečí lopatek a výsledek zaokrouhlete směrem nahoru.
- Výkon turbíny "P" je dán spádem "H" a průtokem "Q". Předpokládáme-li účinnost 80% pak platí:
Konstrukční detaily:
Pro spády menší než 10 metrů se tato turbína nestaví. Výkon oběžného kola limituje pevnost lopatky i věnce oběžného kola a zejména pevnost hřídele (namáhání složenými silami), jehož průměr je lépe případ od případu vypočítat. Pro větší spády, kdy může turbína dosahovat vysokých otáček je nutno při návrhu počítat se značnou odstředivou sílou působící na oběžné kolo. Větší průtok je nutné rozdělit na více dýz, pokud ani to nestačí, pak na větší počet oběžných kol (např. horizontálně uložených, pracujících proti sobě) nebo více soustrojí.
Použití:
Tato turbína není rozšířená, protože není dostatečně publikována. Používá se pro malá množství vody při velkých spádech. S výhodou ji lze použít v situacích, kdy se rozhoduje mezi turbínou Francisovou a Peltonovou. Má téměř stejné vlastnosti jako turbína Peltonova, je však konstrukčně jednodužší, levnější a technologicky nenáročná. Charakteristika turbíny je plochá a vykazuje dobrou účinnost v širokém rozsahu plnění. Avšak jen při dodržení jmenovitých otáček, proto je vhodná pro pohon asynchronních a (s otáčkovým regulátorem) i synchronních generátorů. Je jednoduchá na výpočet. Výrazně okysličuje vodu. Je snadno regulovatelná. Změna jejího zatížení nemá žádný vliv na průtok. Ložiska jsou mimo vodu, nebezpečí znečištění vody mazivy je minimální. Turbína se může točit bez vody a neklade odpor - to je výhodné na přečerpávacích elektrárnách a při kombinování více horizontálních turbín k jednomu generátoru kdy se nemusí spojkou odpojovat. Na menších spádech ji může nahradit úzká Bánkiho turbína. Změnou kulovitého tvaru lopatky na tvar blížící se Girardově turbíně lze oběžné kolo Turgo realizovat snadno i amatérsky. Drobnou nevýhodou turbíny je část ztraceného spádu. Aby se tato vlastnost co nejvíce potlačila, leží oběžné kolo nízko a vadí mu vzestup spodní hladiny. Na menších spádech dává turbína malý počet otáček a vyžaduje převod.