strona główna
Turbiną wodną nazywamy silnik przetwarzający energię mechaniczną wody (energię wody płynącej) na pracę użyteczną w wirniku, w którym następuje zmiana wiru wody i wytwarzanie momentu obrotowego. W turbinach wodnych wykorzystuje się energię ciśnienia i energię prędkości. W zależności od tego, w jakiej postaci energia jest doprowadzona do wirnika, turbiny dzieli się na dwa rodzaje:
 - turbiny akcyjne (natryskowe), w których woda zostaje doprowadzona do wirnika pod ciśnieniem atmosferycznym. W turbinach tego typu zostaje wykorzystana energia kinetyczna.
 - turbiny reakcyjne (naporowe), w których woda zostaje doprowadzona do wirnika pod ciśnieniem wyższym niż ciśnienie atmosferyczne (wyjątek stanowi przypadek lewarowego doprowadzenia wody). Turbiny reakcyjne wykorzystują energię ciśnienia wody oraz energię kinetyczną.
W turbinie akcyjnej energia ciśnienia wody na wlocie do turbiny zamieniana jest w dyszy na energię prędkości, która następnie jest przenoszona na wirnik, gdzie następuje zamiana energii kinetycznej wody na energię mechaniczną. W turbinie reakcyjnej ciśnienie wody na wlocie do turbiny zamieniane jest w kierownicy jedynie w pewnej części na prędkość. W wirniku następują obniżenia ciśnienia oraz prędkości związane z zamienianie energii ciśnienia i energii kinetycznej wody na energię mechaniczną.
Turbiny reakcyjne możemy podzielić ze względu na przepływ wody przez wirnik na turbiny promieniowe (wolnobieżne turbiny Francisa), promieniowo osiowe zwane diagonalnymi (szybkobieżne turbiny Francisa i Deriaza), oraz turbiny osiowe (Kaplana i śmigłowe).
Turbiny możemy też podzielić względem liczbowej wartości wyróżnika szybkobieżności na: wolnobieżne, średniobieżne oraz szybkobieżne, natomiast ze względu na liczbę wirników osadzonych na jednym wale na: jednowirnikowe i wielowirnikowe.
 
Tabela 1. Podział turbin w zależności od szybkobieżności
 
Typ turbiny Zakres wyróżników szybkobieżności Zakres spadków H [ m ]
Kaplan (śmigłowa) wolnobieżna 350 - 500 70 – 30
Kaplan (śmigłowa) średniobieżna 501 - 750 30 - 10
Kaplan (śmigłowa) szybkobieżna 751 – 1100 10 i poniżej
Francis wolnobieżny 50 – 150 500 – 110
Francis średniobieżny 151 – 250 110 – 50
Francis szybkobieżny 251 – 450 50 i poniżej
Pelton wolnobieżny 2 – 15 1800 – 1000
Pelton średniobieżny 16 – 25 1000 - 700
Pelton szybkobieżny 26 – 50 700 – 100
Banki-Michaella 30 - 200 100 – 5

 

Dane przedstawione w tabeli nr 1 przedstawiają, iż każdy typ turbiny jest stosowany w określonym zakresie spadów i szybkobieżności.
Wyróżnikiem szybkobieżności nazywamy wyróżnik n danej turbiny określający prędkość obrotową turbiny geometrycznie podobnej, która przy spadzie H=1 m osiąga moc 1KM. i obliczamy go ze wzoru:

gdzie: n s – wyróżnik szybkobieżności;
n – prędkość obrotowa turbiny w obr/min;
N – moc turbiny w KM (w przypadku, gdy moc turbiny jest w kW do wzoru podstawia się wartość pomnożoną przez współczynnik 1,36);
H – spad użyteczny w metrach.
Wyróżnik szybkości charakteryzuje kształt wirnika, ustala proporcje podstawowych wymiarów, wskazuje właściwości turbiny oraz określa warunki pracy zapewniające podobny przepływ w turbinach podobnych geometrycznie. Praktyczne zastosowanie turbin o podwyższonym współczynniku szybkobieżności umożliwia uzyskanie dla określonego spadu takiej samej mocy przy zastosowaniu wirnika o mniejszej średnicy. Efekt taki można uzyskać ze względu na zwiększenie przełyku turbiny przy wzroście prędkości obrotowej turbiny n. Kolejnym efektem jest wyższa znamionowa prędkość obrotowa przy danej mocy i danym spadzie.
 

Tabela 10. Zależność wyróżnika szybkobieżności od ukształtowania wirnika.

 

 

W tabeli nr 2 zostały pokazane kształty wirników turbin w zależności od wyróżnika szybkobieżności oraz rodzaje turbin wodnych.
Kolejnym podziałem turbin zarówno reakcyjnych jak i akcyjnych jest podział uwzględniający szczegółowe rozwiązania konstrukcyjne takie jak położenie osi wału: turbiny poziome, turbiny pionowe oraz ukośne. Jeszcze innym kryterium podziału turbin jest ich obudowa i w zależności od jej rodzaju wyróżniamy turbiny o komorze otwartej oraz o komorze zamkniętej (spiralnej, kotłowej). Komora spiralna może być metalowa (blaszana, żeliwna lub stalowa) lub też betonowa.

 

Opracowano na podstawie:

Kazimierz Jackowski, Elektrownie wodne, turbozespoły i wyposażenie, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1971 r.
Władysław Krzyżanowski, Turbiny wodne, konstrukcja i zasady regulacji, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1971 ·r.
.Marian Hoffman, Małe elektrownie wodne – poradnik, Wydawnictwo Nabba, Warszawa 1992 r.