Контратурбината е вид хидравлична машина, която използва налягането на водния поток, за да преобразува водната енергия в механична енергия.
(1) Структура. Основните структурни компоненти на контратурбината са работното колело, камерата за отклоняване на водата, механизмът за насочване на водата и тяговата тръба.
1) Работно колело. Работното колело е част от водната турбина, която преобразува енергията на водния поток във въртяща се механична енергия. В зависимост от посоката на преобразуване на водната енергия, структурата на работното колело на различните контратурбини също е различна. Работното колело на турбината на Франсис е съставено от аеродинамични усукани лопатки, корона и долен пръстен и други основни вертикални компоненти; работното колело на турбината с аксиален поток е съставено от лопатки, тяло на турбината и дренажен конус и други основни компоненти: структурата на работното колело на турбината с диагонален поток е по-сложна. Ъгълът на разположение на лопатките може да се променя в зависимост от работните условия и да се съобразява с отвора на направляващата лопатка. Централната линия на въртене на лопатките е под наклонен ъгъл (45°-60°) спрямо оста на турбината.
2) Камера за отклоняване на вода. Нейната функция е да осигури равномерно протичане на водата във водонасочващия механизъм, да намали загубите на енергия и да подобри ефективността на турбината. Големите и средни турбини често използват метални спирали с кръгло напречно сечение с напор над 50 м и бетонни спирали с трапецовидно напречно сечение за тези под 50 м.
3) Механизъм за насочване на водата. Той обикновено се състои от определен брой аеродинамични направляващи лопатки и техните въртящи се механизми, равномерно разположени по периферията на ротора. Неговата функция е да насочва равномерно водния поток в ротора и чрез регулиране на отвора на направляващата лопатка да променя дебита на турбината, за да отговори на изискванията за натоварване на генераторния агрегат, а също така играе ролята на запечатване на водата, когато е напълно затворен.
4) Тягова тръба. Водният поток на изхода на ротора все още съдържа част от излишната енергия, която не е била използвана. Ролята на тяговата тръба е да възстанови тази част от енергията и да отведе водата надолу по течението. Тяговите тръби се разделят на два вида: права конусовидна и извита. Първата има голям енергиен коефициент и е подходяща за малки хоризонтални и тръбни турбини; втората има по-ниска хидравлична производителност от правите конуси, но има по-малка дълбочина на изкопаване и се използва широко в големи и средни контратурбини.
(2) Класификация. Според аксиалната посока на водния поток през ротора, ударната турбина се разделя на Франсисова турбина, диагонална турбина, аксиална турбина и тръбна турбина.
1) Франсис турбина. Франсис турбината (радиално-аксиална или Франсис) е контра-турбина, в която водата тече радиално от периферията на работното колело в аксиална посока. Този вид турбина има широк диапазон от приложими напори (30-700 м), проста конструкция, малък обем и ниска цена. Най-голямата Франсис турбина, пусната в експлоатация в Китай, е водноелектрическата централа Ертан, с номинална изходна мощност от 582 MW и максимална изходна мощност от 621 MW.
2) Аксиална турбина. Аксиалната турбина е контратурбина, в която водата влиза от аксиална посока и изтича от работното колело в аксиална посока. Този тип турбина се разделя на два вида: с фиксирани лопатки (винтов тип) и ротационен тип (тип Каплан). Лопатките на първата са фиксирани, а лопатките на втората могат да се въртят. Капацитетът на преминаване на вода на аксиалната турбина е по-голям от този на турбината на Франсис. Тъй като лопатките на лопатковата турбина могат да променят позицията си с промени в натоварването, те имат по-висока ефективност в широк диапазон от промени в натоварването. Антикавитационните характеристики и механичната здравина на аксиалната турбина са по-лоши от тези на турбината на Франсис, а конструкцията е и по-сложна. В момента приложимият напор на този вид турбина е достигнал 80 м или повече.
3) Тръбна турбина. Водният поток от този вид водна турбина тече аксиално от работното колело и няма въртене преди и след него. Диапазонът на използване на напор е 3-20. Фюзелажът има предимствата на малка височина, добри условия за воден поток, висока ефективност, по-малко строително строителство, ниска цена, липса на нужда от спираловидни отвори и извити тръби за отвеждане на потока, и колкото по-нисък е напорът, толкова по-очевидни са предимствата.
Тръбните турбини се разделят на два вида: пълнопроточни и полупроточни, в зависимост от свързването на генератора и начина на предаване. Полупроточните турбини се разделят допълнително на турбини с луковица, с вал и с удължение на вала. Сред тях, турбините с удължение на вала също се разделят на два вида. Има такива с наклонена ос и с хоризонтална ос. В момента най-широко използваните тръбни турбини с луковица, с удължение на вала и с вертикален вал се използват предимно в малки агрегати. През последните години турбините с вал се използват и в големи и средни агрегати.
Генераторът на тръбния агрегат с удължение на вала е монтиран извън водния път и е свързан с турбината чрез по-дълъг наклонен вал или хоризонтален вал. Този тип конструкция с удължение на вала е по-проста от тази с крушка.
4) Диагонална турбина. Структурата и размерът на диагоналната турбина (наричана още диагонална) са между тези със смесен поток и аксиален поток. Основната разлика е, че централната линия на лопатките на работното колело е под определен ъгъл спрямо централната линия на турбината. Поради структурните характеристики, агрегатът не може да потъва по време на работа, така че във втората конструкция е инсталирано устройство за защита от аксиално изместване, за да се предотвратят инциденти, при които лопатките и камерата на работното колело се сблъскват. Диапазонът на използване на диагоналната турбина е 25～200 м.
Време на публикуване: 19 октомври 2021 г.
