Вот мы и добрались до турбины Фурнейрона

Вот мы и добрались до турбины Фурнейрона.
Впрочем, обычай называть турбину по имени её изобретателя, мне не очень импонирует. Одна и
та же идея приходит в голову изобретателям, живущим на отдалённых концах планеты. Разница
во времени рождения идеи может быть минимальна. Поэтому приоритет того или другого
изобретателя, всегда условен.
К тому же, европейское сообщество любит выпячивать исключительно свои европейские
достижения, представляя дело так, что в России XIX века, кроме лаптей и медведей – ничего и не
было.
Между тем, почти одновременно с французом Фурнейроном, к аналогичной конструкции турбины
пришёл русский умелец с Урала – Игнатий Евстафьевич Сафонов. Разумеется, он знать не знал о
существовании турбины Фурнейрона, и мастерил свою необычную турбину, с целью повышения
эффективности отбора энергии от потока падающей воды. Он на деле доказал, что эффективность
верхнебойного колеса может быть превышена.
Сафонов назвал свою турбину “горизонтальное водяное колесо”, подчёркивая конструктивное
отличие от верхнебойного водяного колеса.
На мой взгляд, более правильно называть тот тип турбин, который смастерили Фурнейрон и
Сафонов, радиально–периферийными. В отличие от радиально–осевой турбины Френсиса. (она
же – турбина Эйлера).
На первом рисунке хорошо виден центральный направляющий аппарат. Это – неподвижные
спиральные лопасти, закручивающие поток воды в направлении вращения самой турбины.
Лопатки турбины расположены на внешнем кольце. Профиль лопаток подобран таким образом,
что зазоры между лопатками образуют суживающиеся каналы. На конце каждой лопасти видны
прижимные клапана, которые не комментируются ни одним специалистом по турбинам. Первые
версии турбины Фурнейрона работали при погружении в воду на нижем бьефе. Прижимные
клапана на концах лопастей выполняли роль эжекторов, высасывающих воду из межлопастных
каналов. С той же целью верхнебойное водяное колесо частично притапливается на нижнем
бьефе.
Обратите внимание на число лопаток – их очень много. Гораздо больше, чем на традиционной
ветряной мельнице того времени. При этом КПД такой многолопастной турбины (75 –85%)
заметно превышает теоретический предел, установленный русским академиком Жуковским и
немецким инженером Бетцем (59%).
Но высокий КПД – не единственное достоинство радиально–периферийной турбины. Не менее
важным оказалось значительное повышение числа оборотов.
На втором рисунке вы видите одну из первых турбин, построенных Сафоновым. У неё, по
аналогии с водяными колёсами, большой диаметр. В более поздних моделях Сафонов стал
уменьшать диаметр рабочего колеса, повышая тем самым обороты турбины. Благодаря этому,
упрощалась конструкция повышающего редуктора. Ещё одно отличие турбины Сафонова –
короткие лопатки направляющего аппарата. Эти длинные спирали Фурнейрона – излишество,
приводящее к ненужным потерям.
У Фурнейрона вода после взаимодействия с лопастями, вылетает радиально.
У Сафонова – вода после лопастей поворачивает вниз – в кольцевой расширяющийся конус,
прообраз современных разгонных диффузоров.
И всё же, несмотря на огромные достоинства турбинных схем Фурнейрона и Сафонова, они оба не
смогли преодолеть стереотип “ПОПУТНОГО ВЕТРА”.
Направляющий аппарат в этих турбинах оказывает сомнительную услугу, поворачивая поток воды
в сторону вращения колеса.
А вот, если бы, ничего не поворачивая, направить поток воды строго перпендикулярно к
направлению движения лопаток, то тогда энергетическая эффективность радиально–периферийной
турбины была намного выше.
Мы сейчас подошли к тому месту анализа турбинных схем, ради которого были выложены все
предыдущие странички.