Перекрестноточная турбина , турбина Банки-Мичелла , или турбина Оссбергера [1] — водяная турбина, разработанная австралийцем Энтони Мичеллом , венгром Донатом Банки и немцем Фрицем Оссбергером. Мичелл получил патенты на свою конструкцию турбины в 1903 году, и производственная компания Weymouth производила ее в течение многих лет. Первый патент Оссбергера был выдан в 1933 году («Турбина со свободной струей» 1922 года, Имперский патент № 361593 и «Турбина с поперечным потоком» 1933 года, Имперский патент № 615445), и он производил эту турбину как стандартное изделие. Сегодня компания, основанная Оссбергером и носящая его имя, является ведущим производителем турбин этого типа.
В отличие от большинства водяных турбин , которые имеют осевые или радиальные потоки, в турбине с поперечным потоком вода проходит через турбину поперечно или через лопатки турбины. Как и в случае с водяным колесом , вода поступает к краю турбины. Пройдя внутрь бегуна, он уходит на противоположную сторону, уходя наружу. Прохождение через бегун дважды обеспечивает дополнительную эффективность . Когда вода покидает бегун, это также помогает очистить его от мелкого мусора и загрязнений. Поперечноточная турбина — это тихоходная машина, которая хорошо подходит для мест с низким напором, но высоким расходом.
Хотя на иллюстрации для простоты показано одно сопло, большинство практичных турбин с перекрестным потоком имеют два, расположенных так, чтобы потоки воды не мешали.
Турбины с перекрестным потоком часто представляют собой две турбины разной мощности, имеющие один и тот же вал. Колеса турбины имеют одинаковый диаметр, но разную длину, что позволяет обрабатывать разные объемы при одном и том же давлении. Разделенные колеса обычно имеют объемы в соотношении 1:2. Разделенный регулирующий блок, система направляющих лопаток в входной части турбины, обеспечивает гибкую работу с мощностью 33, 66 или 100 %, в зависимости от расхода. Низкие эксплуатационные расходы достигаются за счет относительно простой конструкции турбины.
Турбина состоит из цилиндрического водяного колеса или рабочего колеса с горизонтальным валом, состоящим из множества лопаток (до 37), расположенных радиально и тангенциально. Края лезвия заточены для уменьшения сопротивления потоку воды. Лопатка выполнена в частично круглом сечении (труба разрезана по всей длине). Концы лопастей приварены к дискам, образуя клетку, похожую на клетку для хомяка, и иногда ее называют «турбинами с беличьей клеткой»; Вместо стержней турбина имеет стальные лопатки желобообразной формы.
Вода течет сначала снаружи турбины внутрь. Регулирующий узел, имеющий форму лопатки или язычка, изменяет сечение потока. Струя воды направляется через сопло к цилиндрическому бегунку . Вода поступает в бегунок под углом примерно 45/120 градусов, передавая часть кинетической энергии воды активным цилиндрическим лопастям.
Регулирующее устройство регулирует поток в зависимости от необходимой мощности и доступной воды. Соотношение таково, что (0–100%) воды поступает на лопасти 0–100%×30/4. Поступление воды в два сопла дросселируется двумя профильными направляющими лопатками. Они разделяют и направляют поток так, что вода беспрепятственно поступает в желоб при любой ширине отверстия. Направляющие лопатки должны плотно прилегать к краям корпуса турбины, чтобы при низком уровне воды они могли перекрыть подачу воды. Таким образом, направляющие лопатки действуют как клапаны между затвором и турбиной. Оба направляющих аппарата могут регулироваться рычагами управления, к которым может быть подключено автоматическое или ручное управление.
Геометрия турбины (форсунка-рабочее колесо) обеспечивает эффективность водяной струи. Вода воздействует на бегун дважды, но большая часть мощности передается при первом проходе, когда вода попадает в бегун. Только 1/3 мощности передается бегунку, когда вода выходит из турбины .
Вода течет по каналам лопастей в двух направлениях: снаружи внутрь и изнутри наружу. Большинство турбин имеют две струи, расположенные таким образом, чтобы две водяные струи в рабочем колесе не влияли друг на друга. Однако очень важно, чтобы турбина, напор и частота вращения турбины были согласованы.
Турбина перекрестного типа импульсного типа, поэтому давление в рабочем колесе остается постоянным.
Пиковый КПД поперечноточной турбины несколько меньше, чем у турбины Каплана , Фрэнсиса или Пелтона . Однако турбина с перекрестным потоком имеет пологую кривую КПД при переменной нагрузке. Благодаря разделенному рабочему столу и турбинной камере турбина сохраняет свою эффективность при изменении расхода и нагрузки от 1/6 до максимума.
Благодаря низкой цене и хорошему регулированию поперечно-точные турбины чаще всего используются в мини- и микрогидроэлектростанциях мощностью менее тысячи кВт и с напором менее 200 м (660 футов).
В частности, для небольших русловых электростанций плоская кривая эффективности дает лучшую годовую производительность, чем другие турбинные системы, поскольку в некоторые месяцы уровень воды в небольших реках обычно ниже. Эффективность турбины определяет, будет ли производиться электроэнергия в периоды маловодия рек. Если используемые турбины имеют высокий пиковый КПД, но плохо ведут себя при частичной нагрузке, годовая производительность будет меньше, чем у турбин с плоской кривой КПД.
Благодаря отличному поведению при частичных нагрузках перекрестноточная турбина хорошо подходит для производства электроэнергии без присмотра. Ее простая конструкция облегчает обслуживание по сравнению с турбинами других типов; необходимо обслуживать только два подшипника , а вращающихся элементов всего три. Механическая система проста, поэтому ремонт могут выполнить местные механики.
Еще одним преимуществом является то, что он часто может очищаться сам. Когда вода выходит из желоба, листья, трава и т. д. не остаются в желобе, что предотвращает потери. Поэтому, хотя КПД турбины несколько ниже, она надежнее других типов. Очистка желоба обычно не требуется, например, путем инверсии потока или изменения скорости. Турбины других типов легче засоряются и, следовательно, сталкиваются с потерями мощности, несмотря на более высокий номинальный КПД.