Ковшо́вая турби́на (струйно-ковшовая турбина) — активная гидравлическая турбина, используемая при очень больших напорах. Широко известна также как «турбина Пелтона» в честь американского изобретателя .

Ковшовые турбины конструктивно сильно отличаются от наиболее распространённых реактивных гидротурбин (радиально-осевых, поворотно-лопастных), у которых рабочее колесо находится в потоке воды. В ковшовых турбинах вода подаётся через сопла по касательной к окружности, проходящей через середину ковша. При этом вода, проходя через сопло, формирует струю, летящую с большой скоростью и ударяющую о лопатку (ковш) турбины, после чего колесо проворачивается, совершая работу. После отклонения одной лопатки под струю подставляется другая. Процесс использования энергии струи происходит при атмосферном давлении, а производство энергии осуществляется только за счёт кинетической энергии воды. Лопатки турбины имеют двояковогнутую форму с острым лезвием посередине; задача лезвия — разделять струю воды с целью лучшего использования энергии и предотвращения быстрого разрушения лопаток. На рабочем колесе может быть установлено до 40 лопаток.

Рабочее колесо с лопатками может быть установлено как на горизонтальном, так и на вертикальном валу14.2. Турбины и их установка в зданиях ГЭС, 14.2.1. Активные турбины / Гидротехника и Мелиорация. При горизонтальном расположении вала, к каждому рабочему колесу может подводиться до двух форсунок; поскольку пропускная способность каждой форсунки ограничена, при больших расходах воды применяют установку на одном валу двух рабочих колёс либо используют вертикальную турбину. К последней может подводиться до шести форсунок. Скорость потока воды из форсунок зависит от напора и может достигать значительных величин, порядка 500—600 км/ч. Скорость вращения турбины также весьма велика, до 3000 об.мин.

Патент на ковшовую турбину был выдан американскому инженеру А. Пелтону в 1889 году.

Ковшовые гидротурбины применяются при напорах более 200 метров (чаще всего 300—500 метров и более), при расходах до 100 /с. Мощность наиболее крупных ковшовых турбин может достигать 200—250 МВт и более. При напорах до 700 метров ковшовые турбины конкурируют с радиально-осевыми, при бо́льших напорах их использование безальтернативно. Как правило, ГЭС с ковшовыми турбинами построены по деривационной или плотинно-деривационной схемам, поскольку получить столь значительные напоры при помощи только плотины затруднительно (максимально достигнутая высота плотины составляет 305 м).

Ковшовые турбины очень часто применяются на малых ГЭС, сооружаемых на небольших реках с большими падениями в горных районах. Также ковшовые турбины могут использоваться на высоконапорных гидроаккумулирующих электростанциях, построенных по трёхмашинной или четырёхмашинной схемам (то есть имеющим в составе оборудования отдельный насосный агрегат).

Преимуществами ковшовых турбин является возможность использования очень больших напоров, а также небольших расходов воды. Недостатки турбины — неэффективность при небольших напорах, невозможность использования как насоса, высокие требования к качеству подаваемой воды (различные включения, такие как песок, вызывают быстрый износ рабочего колеса турбины), несколько меньший, по сравнению с радиально-осевой турбиной, КПД.

Крупнейшие в мире ковшовые турбины установлены на швейцарской ГЭС Бьедрон, их мощность составляет 423 МВт. Эта же ГЭС является мировым рекордсменом по напору на гидроагрегатах, составляющему 1 869 м. До ввода этой ГЭС в 1998 году, в течение 40 лет первенство по напору принадлежало австрийской ГЭС Рейсек (Reißeck) — 1773 м.

ГЭС России с ковшовыми гидротурбинами В практике российского гидроэнергостроительства ковшовые турбины пока не нашли широкого применения по причине существовавшей ориентации на строительство преимущественно низко- и средненапорных ГЭС. По состоянию на 2022 год, построены одна крупная и пять малых ГЭС с ковшовыми турбинами. Зарамагская ГЭС-1. Крупнейшая действующая ГЭС в России с ковшовыми гидротурбинами. Станция расположена на реке Ардон в Северной Осетии, введена в эксплуатацию в 2019 году. Мощность ГЭС — 346 МВт, в здании станции установлены 2 вертикальных гидроагрегата с гидротурбинами, работающими при напоре 619 м. Гизельдонская ГЭС. Расположена реке Гизельдон, введена в эксплуатацию в 1934 году, одна из старейших ГЭС России. Мощность ГЭС — 22,94 МВт, в здании станции установлено четыре горизонтальных гидроагрегата, работающих при напоре 289 м. Курушская ГЭС. Расположена на реке Усухчай, введена в эксплуатацию в 1951 году. Мощность ГЭС — 0,48 МВт, в здании станции установлено два горизонтальных гидроагрегата импортного производства. Малая Краснополянская ГЭС. Расположена на реке Бешенка, введена в эксплуатацию в 2005 году. Мощность ГЭС — 1,5 МВт, в здании станции установлен 1 горизонтальный гидроагрегат. ГЭС «Джазатор». Расположена на реке Тюнь, введена в эксплуатацию в 2007 году. Мощность ГЭС — 0,63 МВт, в здании станции установлено два горизонтальных гидроагрегата, работающих на напоре 140 м. Фаснальская ГЭС. Расположена на реке Сонгутидон в Северной Осетии, введена в эксплуатацию в 2009 году. Мощность ГЭС — 1,6 МВт, в здании станции установлен один гидроагрегат с горизонтальной ковшовой турбиной. Самурская МГЭС-14. Расположена на ирригационном канале, отходящем от реки Усухчай. Введена в эксплуатацию в 2026 году. Мощность ГЭС — 0,99 МВт, в здании ГЭС установлен один гидроагрегат. МГЭС «Барс». Строящаяся гидроэлектростанция, расположенная на реке Фиагдон. Пуск намечен на 2028 год. МГЭС «Орёл». Строящая в Дагестане электростанция мощностью 5,05 МВт. Ввод в эксплуатацию намечен на 2027 год. Пять Самурских МГЭС, строящиеся гидроэлектростанции в Дагестане, мощностью по 0,99 МВт. Верхнебаксанская ГЭС, проектируемая гидроэлектростанция мощностью 24,7 МВт на реке Адырсу. Ввод в эксплуатацию намечен на 2030 год. МГЭС «Сокол», проектируемая гидроэлектростанция мощностью 5,05 МВт, будет располагаться в Дагестане. Ввод в эксплуатацию намечен на 2029 год.

ГЭС Казахстана с ковшовыми турбинами Верхне-Алматинская ГЭС. Станция расположена на р. Большая Алматинка, пущена в 1953 году. Мощность ГЭС — 15,6 МВт, в здании станции установлено 3 гидроагрегата, работающих при напоре 581 м. Алматинская ГЭС № 2. Станция расположена на р. Большая Алматинка, пущена в 1959 году. Мощность ГЭС — 14,3 МВт, в здании станции установлены 3 гидроагрегата, работающих при напоре 516 м. Мойнакская ГЭС. Станция расположена на р. Чарын, находится в стадии строительства с 1985 года, окончание строительства намечено на 2011 год. Планируемая мощность ГЭС — 300 МВт, в здании станции должны быть установлены 2 гидроагрегата, работающих при напоре около 500 м.

ГЭС Армении с ковшовыми турбинами Татевская ГЭС. Станция расположена на реке Воротан. В здании ГЭС установлено 3 вертикальных гидроагрегата, работающих при напоре 569 м. ГЭС Yeghesis. В здании ГЭС размещены два вертикальных гидроагрегата мощностью по 6,46 МВт, работающих на напоре 250 м. Станция введена в эксплуатацию в 2006 году.

ГЭС Грузии с ковшовыми турбинами Храми ГЭС-1. Станция расположена на реке Храми. Мощность ГЭС — 112,5 МВт. В здании ГЭС установлено 3 вертикальных гидроагрегата, работающих при расчётном напоре 370 м (максимальный — 420 м). Шаори ГЭС. Станция расположена на реке Шаори. Мощность ГЭС — 40 МВт. В здании ГЭС установлено 4 вертикальных двухсопловых гидроагрегата, работающих при расчётном напоре 478 м (максимальный — 538 м). Бжужская ГЭС. Станция расположена на реке Бжужа. Мощность ГЭС — 12,24 МВт. В здании ГЭС установлено 3 горизонтальных двухсопловых гидроагрегата, работающих при расчётном напоре 291 м (максимальный — 300 м).

См. также Радиально-осевая турбина (турбина Френсиса) Поворотно-лопастная турбина Турбина поперечного потока (турбина Банки-Митчелла-Оссбергера)

Примечания

Категория:Гидравлические турбины