Реактивная турбина представляла собой усовершенствованное колесо Сегнера. Она имела турбинное колесо, насаженное на вал, с особым образом искривленными лопатками. Это колесо заключало внутри себя или было окружено направляющим аппаратом. Последний представлял из себя неподвижное колесо с направляющими лопатками. Вода устремлялась вниз через направляющий аппарат и турбинное колесо, причем лопатки первого направляли воду на лопатки второго. При выливании вода давила на лопатки и вращала колесо. От вала вращение передавалось дальше к какому-нибудь устройству (например, электрогенератору). Реактивные турбины оказались очень удобны там, где напор воды невелик, но есть возможность создать перепад в 10-15 м. Они получили в XX веке очень широкое распространение. Другим распространенным типом турбин были струйные (активные). Их принципиальное устройство заключалось в том, что струя воды под сильным напором ударяла в лопатки колеса и этим заставляла его вращаться. Сходство струйной турбины с нижнебойным колесом очень велико. Прообразы таких турбин появились еще в средние века, как это можно заключить из некоторых изображений того времени. В активных гидротурбинах вода к рабочему колесу может подаваться через одно или несколько сопел либо сразу через все сопла (кольцевой струёй). Соответственно в первом случае работает только одна или несколько лопастей, а во втором – одновременно все лопасти рабочего колеса. Мощность активной гидротурбины регулируют либо за счёт изменения числа открытых сопел, т. е. числа работающих лопастей, либо за счёт изменения площади выходного сечения сопел (всех одновременно).

Рис. 1. Схема активной гидравлической турбины: а – рабочее колесо; б – сопла

Наиболее распространённой разновидностью активной гидротурбины является ковшовая турбина. Вода на лопасти (ковши) рабочего колеса попадает по касательной к окружности, проходящей через центры ковшей, и не непрерывно, а лишь при прохождении ими зоны действия напорной струи. Число ковшей выбирают минимальным (обычно 18–26) из расчёта непрерывности перехода струи с одной лопасти на другую (без проскока струи между ними). Активные гидротурбины применяют при напорах св. 500–600 м. Наибольший используемый ковшовыми гидротурбинами напор – ок. 1800 м на ГЭС Рейсек в Австрии.

Первая реактивная гидротурбина мощностью 6 л. с. была построена в 1827 г. французским инженером Б. Фурнероном. В 1855 г. американский инженер Дж. Френсис изобрёл радиально-осевое рабочее колесо с неповоротными лопастями, а в 1887 г. немецкий инженер Финк предложил направляющий аппарат с поворотными лопатками. Спустя два года американский инженер А. Пелтон получил патент на активную ковшовую гидротурбину. В 1920 г. австрийский инженер В. Каплан получил патент на поворотно-лопастную гидротурбину. К кон. 20 в. в России были созданы и успешно работали гидротурбины единичной мощностью 508 и 650 МВт (Красноярская и Саяно-Шушенская ГЭС) с расчётным напором 93 и 194 м, диаметром рабочего колеса 7.5 и 6.5 м соответственно, а в Японии – гидротурбины мощностью 600 МВт с диаметром рабочего колеса 9.7 м и напором 87 м (установлены на ГЭС Гранд-Кули-III в США).

Рис. 2. Ковшовая турбина

Рис. 3. Схема реактивной гидротурбины: а — рабочее колесо; б — направляющий аппарат.

Рис. 4. Проточная часть реактивных гидротурбин состоит из следующих основных элементов спиральной камеры гидротурбины 1; направляющего аппарата 2, регулирующего расход воды; рабочего колеса 3 и отсасывающей трубы 4, отводящей воду от гидротурбины.

Реактивные гидротурбины по направлению потока в рабочем колесе делятся на осевые и радиально-осевые.

Гидротурбины

В 1855 г. американский инженер Дж.Френсис изобрел радиально-осевое рабочее колесо гидротурбины с неповоротными лопастями, а в 1887 г. немецкий инженер Финк предложил направляющий аппарат с поворотными лопатками. В рабочем колесе турбин  радиально-осевого типа поток  воды сначала движется радиально (от периферии к центру), а затем в осевом направлении (на выход). Применяют при напорах до 600 м. Мощность до 640 МВт.

Рис. 5.

В 1884 году американский инженер Пельтон значительно усовершенствовал струйную турбину, создав новую конструкцию рабочего колеса. В этом колесе гладкие лопатки прежней струйной турбины были заменены особенными, им изобретенными, имеющими вид двух соединенных вместе ложек (ковшей). У этой  гидротурбины вода на лопасти рабочего колеса поступала через сопла по касательной к окружности, проходящей через середину ковша. При этом вода, проходя через сопло, формировала струю, летящую с большой скоростью и ударяющую о лопатку турбины, после чего колесо проворачивалось совершая работу. КПД турбины Пельтона был очень высок и приближался к 85%, поэтому она и получила широчайшее распространение. Сейчас его применяют при напорах свыше 500 м.

Рис. 6.

В 1920 г. австрийский инженер В. Каплан получил патент на поворотно-лопастную гидротурбину. Поворотно-лопастная гидротурбина имеет двойное регулирование – мощность регулируется одновременным поворотом лопаток направляющего аппарата и рабочего колеса. Применяется при напорах 15-60 м.

Рис. 7.