La turbina de contraatac és un tipus de maquinària hidràulica que utilitza la pressió del flux d'aigua per convertir l'energia de l'aigua en energia mecànica.
(1) Estructura. Els principals components estructurals de la turbina de contraatac són el rodet, la cambra de desviació d'aigua, el mecanisme de guia d'aigua i el tub de tiratge.
1) Columna. La columna és una part de la turbina d'aigua que converteix l'energia del flux d'aigua en energia mecànica rotatòria. Segons la direcció de la conversió de l'energia de l'aigua, les estructures de la columna de diverses turbines de contraatac també són diferents. La columna de la turbina Francis està composta per pales retorçades aerodinàmiques, corona i anell inferior i altres components verticals principals; la columna de la turbina de flux axial està composta per pales, cos de la columna i con de drenatge i altres components principals: l'estructura de la columna de la turbina de flux diagonal és més complexa. L'angle de col·locació de les pales es pot canviar amb les condicions de treball i coincidir amb l'obertura de la paleta guia. La línia central de rotació de les pales forma un angle oblic (45°-60°) respecte a l'eix de la turbina.
2) Cambra de desviació d'aigua. La seva funció és fer que l'aigua flueixi uniformement cap al mecanisme de guia d'aigua, reduir la pèrdua d'energia i millorar l'eficiència de la turbina. Les turbines grans i mitjanes sovint utilitzen volutes metàl·liques de secció transversal circular amb altures superiors a 50 m, i volutes de formigó de secció transversal trapezoïdal per a les inferiors a 50 m.
3) Mecanisme de guia d'aigua. Generalment està compost per un cert nombre de pales guia aerodinàmiques i els seus mecanismes giratoris disposats uniformement a la perifèria del rodet. La seva funció és guiar el flux d'aigua uniformement cap al rodet i, ajustant l'obertura de la paleta guia, canviar el cabal de la turbina per satisfer els requisits de càrrega del grup electrogen, i també juga un paper de segellar l'aigua quan està completament tancat.
4) Tub de tiratge. El flux d'aigua a la sortida del rodet encara té una part de l'energia excedentària que no s'ha utilitzat. La funció del tub de tiratge és recuperar aquesta part d'energia i descarregar l'aigua aigües avall. El tub de tiratge es divideix en dos tipus, con recte i corbat. El primer té un coeficient energètic elevat i generalment és adequat per a turbines horitzontals i tubulars petites; el segon té un rendiment hidràulic inferior al dels cons rectes, però té una profunditat d'excavació menor i s'utilitza àmpliament en turbines de contraatac grans i mitjanes.
(2) Classificació. Segons la direcció axial del flux d'aigua a través del rodet, la turbina d'impacte es divideix en una turbina Francis, una turbina de flux diagonal, una turbina de flux axial i una turbina tubular.
1) Turbina Francis. La turbina Francis (de flux axial radial o Francis) és una turbina de contraatac en què l'aigua flueix radialment des de la circumferència del rodet fins a la direcció axial. Aquest tipus de turbina té una àmplia gamma de capçals aplicables (30-700 m), estructura simple, petit volum i baix cost. La turbina Francis més gran que s'ha posat en funcionament a la Xina és la central hidroelèctrica d'Ertan, amb una potència nominal de 582 MW i una potència màxima de 621 MW.
2) Turbina de flux axial. La turbina de flux axial és una turbina de contraatac en què l'aigua flueix des de la direcció axial i surt del rodet en la direcció axial. Aquest tipus de turbina es divideix en dos tipus: tipus de pales fixes (tipus cargol) i tipus rotatiu (tipus Kaplan). Les pales de la primera són fixes i les pales de la segona es poden girar. La capacitat de pas d'aigua de la turbina de flux axial és més gran que la de la turbina Francis. Com que les pales de la turbina de paletes poden canviar de posició amb els canvis de càrrega, tenen una eficiència més alta en una àmplia gamma de canvis de càrrega. El rendiment anticavitació i la resistència mecànica de la turbina de flux axial són pitjors que els de la turbina Francis, i l'estructura també és més complicada. Actualment, l'alçada aplicable d'aquest tipus de turbina ha arribat als 80 m o més.
3) Turbina tubular. El flux d'aigua d'aquest tipus de turbina d'aigua flueix axialment fora del rodet, i no hi ha rotació abans ni després del rodet. El rang de capçal d'utilització és de 3-20. El fuselatge té els avantatges d'una alçada petita, bones condicions de flux d'aigua, alta eficiència, menys enginyeria civil, baix cost, sense necessitat de volutes ni tubs de tiratge corbats, i com més baix sigui el capçal, més evidents seran els avantatges.
Les turbines tubulars es divideixen en dos tipus: de flux complet i de flux semitransferent segons la connexió del generador i el mode de transmissió. Les turbines de flux semitransferent es divideixen a més en tipus de bulb, tipus d'eix i tipus d'extensió d'eix. Entre elles, el tipus d'extensió d'eix també es divideix en dos tipus. Hi ha l'eix oblic i l'eix horitzontal. Actualment, el tipus tubular de bulb més utilitzat, el tipus d'extensió d'eix i el tipus d'eix vertical s'utilitzen principalment en unitats petites. En els darrers anys, el tipus d'eix també s'ha utilitzat en unitats grans i mitjanes.
El generador de la unitat tubular d'extensió d'eix s'instal·la fora de la via fluvial i està connectat a la turbina amb un eix inclinat més llarg o un eix horitzontal. Aquesta estructura de tipus d'extensió d'eix és més senzilla que la del tipus de bulb.
4) Turbina de flux diagonal. L'estructura i la mida de la turbina de flux diagonal (també anomenada diagonal) es troben entre el flux mixt i el flux axial. La principal diferència és que la línia central de les pales del rodet forma un angle determinat respecte a la línia central de la turbina. A causa de les característiques estructurals, la unitat no s'enfonsa durant el funcionament, per la qual cosa s'instal·la un dispositiu de protecció del senyal de desplaçament axial a la segona estructura per evitar accidents en què les pales i la cambra del rodet xoquin. El rang d'altura d'utilització de la turbina de flux diagonal és de 25 a 200 m.
Data de publicació: 19 d'octubre de 2021
