Protiotáčková turbína je druh hydraulického stroje, který využívá tlak proudící vody k přeměně energie vody na mechanickou energii.
(1) Konstrukce. Hlavními konstrukčními prvky protiběžné turbíny jsou oběžné kolo, komora pro odvádění vody, mechanismus pro vedení vody a sací trubice.
1) Oběžné kolo. Oběžné kolo je část vodní turbíny, která přeměňuje energii proudění vody na rotační mechanickou energii. V závislosti na směru přeměny energie vody se liší i konstrukce oběžného kola různých protiběžných turbín. Oběžné kolo Francisovy turbíny se skládá z aerodynamických zkroucených lopatek, koruny a spodního kroužku a dalších hlavních svislých součástí; oběžné kolo axiální turbíny se skládá z lopatek, tělesa oběžného kola a odvodňovacího kužele a dalších hlavních součástí; konstrukce oběžného kola diagonální turbíny je složitější. Úhel umístění lopatek lze měnit v závislosti na provozních podmínkách a přizpůsobit jej otvoru vodicí lopatky. Středová osa otáčení lopatek svírá s osou turbíny šikmo úhel (45°-60°).
2) Vodní rozdělovací komora. Její funkcí je zajistit rovnoměrný tok vody do mechanismu pro rozvod vody, snížit energetické ztráty a zlepšit účinnost turbíny. Velké a střední turbíny často používají kovové spirály s kruhovým průřezem pro spády nad 50 m a betonové spirály s lichoběžníkovým průřezem pro spády pod 50 m.
3) Mechanismus pro vedení vody. Obecně se skládá z určitého počtu aerodynamických vodicích lopatek a jejich rotačních mechanismů rovnoměrně rozmístěných po obvodu oběžného kola. Jeho funkcí je rovnoměrně vést proud vody do oběžného kola a úpravou otevření vodicí lopatky měnit průtok turbíny tak, aby splňoval požadavky na zatížení generátorového soustrojí, a také hraje roli utěsnění vody, když je zcela uzavřen.
4) Sací trubka. Proud vody na výstupu z oběžného kola si stále uchovává část přebytečné energie, která nebyla využita. Úlohou sací trubky je tuto část energie rekuperovat a vodu odvádět po proudu. Sací trubka se dělí na dva typy: s přímým kuželem a zakřivenou. První má velký energetický koeficient a je obecně vhodná pro malé horizontální a trubkové turbíny; druhá má nižší hydraulický výkon než s přímým kuželem, ale má menší hloubku hloubení a je široce používána u velkých a středních protiběžných turbín.
(2) Klasifikace. Podle axiálního směru proudění vody oběžným kolem se nárazová turbína dělí na Francisovu turbínu, turbínu s diagonálním prouděním, axiální turbínu a trubkovou turbínu.
1) Francisova turbína. Francisova turbína (radiálně-axiální nebo Francisova) je turbína s protiútokem, ve které voda proudí radiálně od obvodu oběžného kola do axiálního směru. Tento typ turbíny má široký rozsah použitelných spádů (30-700 m), jednoduchou konstrukci, malý objem a nízké náklady. Největší Francisovou turbínou, která byla uvedena do provozu v Číně, je vodní elektrárna Ertan s jmenovitým výkonem 582 MW a maximálním výkonem 621 MW.
2) Axiální turbína. Axiální turbína je protiběžná turbína, do které voda proudí z axiálního směru a vytéká z oběžného kola v axiálním směru. Tento typ turbíny se dělí na dva typy: s pevnými lopatkami (šroubový typ) a rotační typ (Kaplanův typ). Lopatky první jsou pevné a lopatky druhé se mohou otáčet. Kapacita průchodu vody axiální turbíny je větší než u Francisovy turbíny. Protože lopatky lopatkové turbíny mohou měnit polohu se změnami zatížení, mají vyšší účinnost v širokém rozsahu změn zatížení. Antikavitační vlastnosti a mechanická pevnost axiální turbíny jsou horší než u Francisovy turbíny a konstrukce je také složitější. V současné době dosáhl použitelný spád tohoto typu turbíny 80 m nebo více.
3) Trubková turbína. Proud vody u tohoto typu vodní turbíny proudí axiálně z oběžného kola a nedochází k žádné rotaci před ani za oběžným kolem. Rozsah využití spádu je 3-20. Trup má výhody malé výšky, dobrých podmínek pro proudění vody, vysoké účinnosti, menších stavebních konstrukcí, nízkých nákladů, absence spirál a zakřivených sacích trubek a čím nižší spád, tím zřetelnější jsou výhody.
Trubkové turbíny se podle zapojení generátoru a způsobu přenosu dělí na dva typy: průtokové a poloprůtokové. Poloprůtokové turbíny se dále dělí na turbíny s baňkou, turbíny s hřídelí a turbíny s prodloužením hřídele. I turbíny s prodloužením hřídele se dělí na dva typy. Existují turbíny s šikmou osou a turbíny s horizontální osou. V současné době se v malých jednotkách nejčastěji používá trubkový typ s baňkou, turbína s prodloužením hřídele a turbína s vertikální hřídelí. V posledních letech se turbíny s hřídelí používají i ve velkých a středních jednotkách.
Generátor trubkové jednotky s prodloužením hřídele je instalován mimo vodní cestu a je s turbínou spojen delší šikmou hřídelí nebo vodorovnou hřídelí. Konstrukce tohoto typu prodloužení hřídele je jednodušší než konstrukce s baňkou.
4) Diagonální turbína. Konstrukce a velikost diagonální (nazývané také diagonální) turbíny se nacházejí mezi turbínami se smíšeným a axiálním prouděním. Hlavní rozdíl spočívá v tom, že středová osa lopatek oběžného kola svírá určitý úhel s středovou osou turbíny. Vzhledem ke konstrukčním vlastnostem se jednotka během provozu nesmí propadat, proto je v druhé konstrukci instalováno zařízení na ochranu proti axiálnímu posunutí, které zabraňuje nehodám způsobeným kolizí lopatek s oběžnou komorou. Rozsah využití diagonální turbíny je 25～200 m.
Čas zveřejnění: 19. října 2021
