Kontraturbina je vrsta hidraulične mašine koja koristi pritisak protoka vode za pretvaranje energije vode u mehaničku energiju.
(1) Struktura. Glavne strukturne komponente kontraturbine su rotor, komora za preusmjeravanje vode, mehanizam za vođenje vode i usisna cijev.
1) Rotor. Rotor je dio vodne turbine koji pretvara energiju protoka vode u mehaničku energiju rotacije. U zavisnosti od smjera pretvorbe energije vode, strukture rotora različitih kontraturbina se također razlikuju. Rotor Francisove turbine sastoji se od aerodinamičnih uvijenih lopatica, krune i donjeg prstena i drugih glavnih vertikalnih komponenti; rotor aksijalne turbine sastoji se od lopatica, tijela rotora i odvodnog konusa i drugih glavnih komponenti: struktura rotora dijagonalne turbine je složenija. Ugao postavljanja lopatica može se mijenjati u zavisnosti od radnih uslova i uskladiti sa otvorom vodeće lopatice. Središnja linija rotacije lopatica je pod kosim uglom (45°-60°) u odnosu na osu turbine.
2) Komora za preusmjeravanje vode. Njena funkcija je da ravnomjerno usmjeri protok vode u mehanizam za usmjeravanje vode, smanji gubitak energije i poboljša efikasnost turbine. Velike i srednje turbine često koriste metalne volute kružnog poprečnog presjeka s visinama iznad 50 m, a betonske volute trapezoidnog poprečnog presjeka za one ispod 50 m.
3) Mehanizam za vođenje vode. Obično se sastoji od određenog broja aerodinamičnih usmjeravajućih lopatica i njihovih rotirajućih mehanizama ravnomjerno raspoređenih po periferiji radnog kola. Njegova funkcija je da ravnomjerno usmjerava protok vode u radno kolo i, podešavanjem otvora usmjeravajućih lopatica, mijenja brzinu protoka turbine kako bi se zadovoljili zahtjevi opterećenja generatorskog agregata, a također igra ulogu zaptivanja vode kada je potpuno zatvoren.
4) Propusna cijev. Protok vode na izlazu iz rotora još uvijek sadrži dio viška energije koji nije iskorišten. Uloga propusne cijevi je da povrati ovaj dio energije i ispusti vodu nizvodno. Propusna cijev se dijeli na dvije vrste, ravne konusne i zakrivljene. Prva ima veliki energetski koeficijent i uglavnom je pogodna za male horizontalne i cjevaste turbine; druga ima niže hidraulične performanse od ravnih konusa, ali ima manju dubinu kopanja i široko se koristi u velikim i srednjim kontraturbinama.
(2) Klasifikacija. Prema aksijalnom smjeru protoka vode kroz radno kolo, udarna turbina se dijeli na Francisovu turbinu, turbinu s dijagonalnim protokom, aksijalnu turbinu i cjevastu turbinu.
1) Francisova turbina. Francisova (radijalno-aksijalna ili Francisova) turbina je turbina s protunapadnim tokom u kojoj voda teče radijalno od oboda rotora u aksijalnom smjeru. Ova vrsta turbine ima širok raspon primjenjivih padova (30-700 m), jednostavnu strukturu, malu zapreminu i nisku cijenu. Najveća Francisova turbina koja je puštena u rad u Kini je hidroelektrana Ertan, s nazivnom izlaznom snagom od 582 MW i maksimalnom izlaznom snagom od 621 MW.
2) Aksijalna turbina. Aksijalna turbina je kontraturbina u koju voda ulazi iz aksijalnog smjera i izlazi iz radnog kola u aksijalnom smjeru. Ovaj tip turbine se dijeli na dva tipa: tip sa fiksnim lopaticama (vijak) i rotacioni tip (Kaplan tip). Lopatice prve su fiksne, a lopatice druge se mogu rotirati. Kapacitet protoka vode aksijalne turbine je veći od Francisove turbine. Budući da lopatice lopatica turbine mogu mijenjati položaj s promjenama opterećenja, imaju veću efikasnost u širokom rasponu promjena opterećenja. Performanse protiv kavitacije i mehanička čvrstoća aksijalne turbine su lošije od Francisove turbine, a struktura je također složenija. Trenutno je primjenjivi pad ove vrste turbine dostigao 80 m ili više.
3) Cijevna turbina. Protok vode kod ove vrste vodene turbine aksijalno teče iz rotora i nema rotacije prije i poslije rotora. Raspon iskorištenja pritiska je 3-20. Trup ima prednosti male visine, dobrih uslova protoka vode, visoke efikasnosti, manje građevinskih radova, niske cijene, nema potrebe za spiralama i zakrivljenim cijevima za gašenje, a što je niži pritisak, to su prednosti očiglednije.
Cjevaste turbine se dijele na dvije vrste: protočne i poluprotočne, prema priključku generatora i načinu prijenosa. Poluprotočne turbine se dalje dijele na turbine s kuglicom, turbine s produžetkom osovine i turbine s produžetkom osovine. Među njima, turbine s produžetkom osovine se također dijele na dvije vrste. Postoje turbine s kosom osi i turbine s horizontalnom osi. Trenutno se najčešće koriste tubularni turbine s kuglicom, turbine s produžetkom osovine i turbine s vertikalnom osovinom, uglavnom u malim jedinicama. Posljednjih godina, turbine s osovinom se koriste i u velikim i srednjim jedinicama.
Generator cijevne jedinice za produženje vratila je instaliran izvan plovnog puta, a generator je povezan s turbinom preko dužeg nagnutog vratila ili horizontalnog vratila. Ova vrsta konstrukcije produžetka vratila je jednostavnija od sijaličastog tipa.
4) Turbina s dijagonalnim protokom. Struktura i veličina turbine s dijagonalnim protokom (također se naziva dijagonalna turbina) su između turbine s miješanim protokom i aksijalnim protokom. Glavna razlika je u tome što je središnja linija lopatica rotora pod određenim uglom u odnosu na središnju liniju turbine. Zbog strukturnih karakteristika, jedinica ne smije tonuti tokom rada, pa je u drugoj strukturi ugrađen uređaj za zaštitu od signala aksijalnog pomaka kako bi se spriječile nezgode u kojima se lopatice sudaraju s komorom rotora. Raspon iskorištenja pritiska turbine s dijagonalnim protokom je 25～200m.
Vrijeme objave: 19. oktobar 2021.
