توربين الهجوم المضاد هو نوع من الآلات الهيدروليكية التي تستخدم ضغط تدفق المياه لتحويل طاقة المياه إلى طاقة ميكانيكية.
(1) الهيكل. المكونات الهيكلية الرئيسية لتوربين الهجوم المضاد هي: المجرى، وغرفة تحويل المياه، وآلية توجيه المياه، وأنبوب السحب.
١) المجرى. المجرى هو جزء من توربين الماء، يُحوّل طاقة تدفق الماء إلى طاقة ميكانيكية دوارة. تختلف هياكل المجرى في توربينات الهجوم المضاد المختلفة تبعًا لاتجاه تحويل طاقة الماء. يتكون مجرى توربين فرانسيس من شفرات ملتوية انسيابية، وتاج وحلقة سفلية، ومكونات رأسية رئيسية أخرى؛ يتكون مجرى توربين التدفق المحوري من شفرات، وجسم المجرى، ومخروط تصريف، ومكونات رئيسية أخرى. هيكل مجرى توربين التدفق القطري أكثر تعقيدًا. يمكن تغيير زاوية وضع الشفرات وفقًا لظروف العمل، ومطابقتها مع فتحة ريشة التوجيه. يكون خط مركز دوران الشفرات بزاوية مائلة (٤٥-٦٠ درجة) بالنسبة لمحور التوربين.
٢) غرفة تحويل المياه. وظيفتها هي ضمان تدفق المياه بالتساوي إلى آلية توجيه المياه، وتقليل هدر الطاقة، وتحسين كفاءة التوربين. غالبًا ما تستخدم التوربينات الكبيرة والمتوسطة الحجم حلزونات معدنية دائرية المقطع برؤوس يزيد ارتفاعها عن ٥٠ مترًا، وحلزونات خرسانية شبه منحرفة المقطع للتوربينات التي يقل ارتفاعها عن ٥٠ مترًا.
٣) آلية توجيه الماء. تتكون عادةً من عدد معين من ريش التوجيه الانسيابية، وآليات دورانها موزعة بالتساوي على محيط المجرى. وظيفتها توجيه تدفق الماء بالتساوي إلى المجرى، ومن خلال تعديل فتحة ريشة التوجيه، تُغيّر معدل تدفق التوربين لتلبية متطلبات حمل المولد، كما أنها تُغلق الماء عند إغلاقها بالكامل.
٤) أنبوب السحب. يحتفظ تدفق الماء عند مخرج المجرى بجزء من الطاقة الفائضة غير المُستخدمة. يتمثل دور أنبوب السحب في استعادة هذا الجزء من الطاقة وتصريف الماء في اتجاه مجرى النهر. يُقسم أنبوب السحب إلى نوعين: مخروطي مستقيم ومنحني. يتميز النوع الأول بمعامل طاقة مرتفع، وهو مناسب بشكل عام للتوربينات الأفقية والأنبوبية الصغيرة؛ بينما يتميز النوع الثاني بأداء هيدروليكي أقل من المخاريط المستقيمة، ولكنه يتميز بعمق حفر أصغر، ويُستخدم على نطاق واسع في توربينات الهجوم المضاد الكبيرة والمتوسطة الحجم.
(2) التصنيف. وفقًا للاتجاه المحوري لتدفق المياه عبر القناة، تُقسّم توربينات التأثير إلى توربينات فرانسيس، وتوربينات التدفق القطري، وتوربينات التدفق المحوري، وتوربينات أنبوبية.
١) توربين فرانسيس. توربين فرانسيس (التدفق المحوري الشعاعي أو فرانسيس) هو توربين مضاد، يتدفق فيه الماء شعاعيًا من محيط المضخة إلى الاتجاه المحوري. يتميز هذا النوع من التوربينات بنطاق واسع من الرؤوس القابلة للتطبيق (٣٠-٧٠٠ متر)، وبنية بسيطة، وحجم صغير، وتكلفة منخفضة. أكبر توربين فرانسيس شُغّل في الصين هو محطة إرتان للطاقة الكهرومائية، بقدرة إنتاجية مُصنّفة تبلغ ٥٨٢ ميجاوات، وقدرتها الإنتاجية القصوى ٦٢١ ميجاوات.
٢) توربين التدفق المحوري. توربين التدفق المحوري هو توربين مضاد، حيث يتدفق الماء من الاتجاه المحوري ويتدفق خارج المضخة في الاتجاه المحوري. ينقسم هذا النوع من التوربينات إلى نوعين: النوع ذو الشفرات الثابتة (النوع اللولبي) والنوع الدوار (نوع كابلان). شفرات النوع الأول ثابتة، بينما شفرات النوع الثاني قابلة للدوران. قدرة توربين التدفق المحوري على تمرير الماء أكبر من توربين فرانسيس. ولأن شفرات توربين المجداف يمكن أن تغير موضعها مع تغيرات الحمل، فإنها تتمتع بكفاءة أعلى في نطاق واسع من تغيرات الحمل. أداء توربين التدفق المحوري في مقاومة التجويف والقوة الميكانيكية أسوأ من توربين فرانسيس، كما أن هيكله أكثر تعقيدًا. في الوقت الحالي، وصل ارتفاع هذا النوع من التوربينات إلى ٨٠ مترًا أو أكثر.
٣) توربين أنبوبي. يتدفق الماء في هذا النوع من التوربينات المائية محوريًا خارج القناة، دون أي دوران قبلها أو بعدها. يتراوح رأس الاستخدام بين ٣ و٢٠ سم. يتميز هيكل الطائرة بارتفاعه الصغير، وظروف تدفق مياه جيدة، وكفاءة عالية، وهندسة مدنية أقل، وتكلفة منخفضة، وعدم الحاجة إلى حلزونات وأنابيب سحب منحنية. وكلما انخفض رأس الاستخدام، كانت المزايا أوضح.
تُقسم التوربينات الأنبوبية إلى نوعين: توربينات التدفق الكامل وتوربينات التدفق شبه الكامل، وذلك وفقًا لتوصيل المولد وطريقة النقل. وتُقسم التوربينات شبه الكاملة أيضًا إلى توربينات ذات عمود، وتوربينات ذات عمود، وتوربينات ذات عمود ممتد. ومن بينها، يُقسم توربينات ذات عمود ممتد إلى نوعين: توربينات ذات محور مائل وتوربينات ذات محور أفقي. حاليًا، تُستخدم التوربينات الأنبوبية ذات العمود، وتوربينات ذات عمود ممتد، وتوربينات ذات عمود رأسي، بشكل شائع في الوحدات الصغيرة. وفي السنوات الأخيرة، استُخدمت التوربينات ذات العمود أيضًا في الوحدات الكبيرة والمتوسطة.
يُركَّب مُولِّد وحدة تمديد العمود الأنبوبية خارج مجرى المياه، ويُوصَل بالتوربين بواسطة عمود أطول مائل أو أفقي. هيكل هذا النوع من امتداد العمود أبسط من هيكل المصباح.
٤) توربين التدفق القطري. يقع هيكل وحجم توربين التدفق القطري (يُسمى أيضًا قطريًا) بين التدفق المختلط والتدفق المحوري. يتمثل الاختلاف الرئيسي في أن خط وسط ريش المجرى يكون بزاوية معينة بالنسبة لخط وسط التوربين. ونظرًا لخصائصه الهيكلية، لا يُسمح للوحدة بالغرق أثناء التشغيل، ولذلك تم تركيب جهاز حماية من إشارة الإزاحة المحورية في الهيكل الثاني لمنع حوادث اصطدام الريش بغرفة المجرى. يتراوح نطاق رأس الاستخدام لتوربين التدفق القطري بين ٢٥ و٢٠٠ متر.
وقت النشر: ١٩ أكتوبر ٢٠٢١
