بنية وأداء التوربين التفاعلي

يمكن تقسيم التوربينات التفاعلية إلى توربينات فرانسيس، والتوربينات المحورية، والتوربينات القطرية، والتوربينات الأنبوبية. في توربينات فرانسيس، يتدفق الماء شعاعيًا إلى آلية توجيه الماء، ثم يخرج محوريًا من دولاب التوربين. أما في توربينات التدفق المحوري، فيتدفق الماء شعاعيًا إلى ريشة التوجيه، ثم يدخل ويخرج محوريًا من دولاب التوربين. وفي توربينات التدفق القطري، يتدفق الماء شعاعيًا إلى ريشة التوجيه، ثم يدخل إلى دولاب التوربين بزاوية مائلة بالنسبة للمحور الرئيسي، أو يدخل إلى ريشة التوجيه ودولاب التوربين بزاوية مائلة بالنسبة للمحور الرئيسي. وفي التوربينات الأنبوبية، يتدفق الماء إلى ريشة التوجيه ودولاب التوربين على طول المحور. كما يمكن تقسيم توربينات التدفق المحوري والأنبوبية والقطرية إلى نوعين: ذات المروحة الثابتة وذات المروحة الدوارة، وذلك وفقًا لبنيتها. شفرات مجداف العداء الثابتة ثابتة؛ يمكن لشفرة الدوار من نوع المروحة أن تدور حول عمود الشفرة أثناء التشغيل للتكيف مع تغيرات ضغط الماء والحمل.

تُجهز أنواع مختلفة من التوربينات التفاعلية بأجهزة إدخال المياه. تتكون أجهزة إدخال المياه في التوربينات التفاعلية ذات العمود الرأسي الكبيرة والمتوسطة الحجم عمومًا من غلاف حلزوني، وريشة توجيه ثابتة، وريشة توجيه متحركة. تتمثل وظيفة الغلاف الحلزوني في توزيع تدفق المياه بالتساوي حول دولاب التوربين. عندما يكون منسوب المياه أقل من 40 مترًا، يُصب الغلاف الحلزوني للتوربين الهيدروليكي عادةً من الخرسانة المسلحة في الموقع؛ أما عندما يكون منسوب المياه أعلى من 40 مترًا، فيُستخدم غالبًا غلاف حلزوني معدني مصنوع بتقنية اللحام التناكبي أو الصب المتكامل.

في التوربين التفاعلي، يملأ تدفق الماء قناة الدوّار بالكامل، وتتأثر جميع الشفرات بتدفق الماء في آنٍ واحد. لذلك، تحت نفس الضغط، يكون قطر الدوّار أصغر من قطر الدوّار في التوربين الاندفاعي. كما أن كفاءته أعلى من كفاءة التوربين الاندفاعي، ولكن عند تغير الحمل، تتأثر كفاءة التوربين بدرجات متفاوتة.

تُجهز جميع التوربينات التفاعلية بأنابيب سحب تُستخدم لاستعادة الطاقة الحركية لتدفق الماء عند مخرج دولاب المضخة، ثم تُصرف المياه إلى المصب. عندما يكون موضع تركيب دولاب المضخة أعلى من مستوى الماء في المصب، تتحول هذه الطاقة الكامنة إلى طاقة ضغط قابلة للاستعادة. بالنسبة للتوربينات الهيدروليكية ذات الارتفاع المنخفض والتدفق الكبير، تكون الطاقة الحركية الخارجة من دولاب المضخة كبيرة نسبيًا، ويؤثر أداء أنبوب السحب بشكل كبير على كفاءة التوربين الهيدروليكي.