Die Gegenangriffsturbine ist eine Art hydraulische Maschine, die den Druck des Wasserflusses nutzt, um Wasserenergie in mechanische Energie umzuwandeln.
(1) Struktur. Die Hauptstrukturkomponenten der Gegenangriffsturbine sind das Laufrad, die Wasserumleitungskammer, der Wasserführungsmechanismus und das Saugrohr.
1) Laufrad. Das Laufrad ist Teil der Wasserturbine und wandelt die Energie des Wasserflusses in rotierende mechanische Energie um. Je nach Richtung der Wasserenergieumwandlung unterscheidet sich auch der Laufradaufbau verschiedener Gegenstromturbinen. Ein Francis-Turbinenlaufrad besteht aus stromlinienförmigen, gewundenen Schaufeln, einer Krone, einem unteren Ring und weiteren vertikalen Hauptkomponenten. Ein Axialturbinenlaufrad besteht aus Schaufeln, einem Laufradkörper, einem Ablaufkonus und weiteren Hauptkomponenten. Ein Diagonalturbinenlaufrad ist komplexer aufgebaut. Der Schaufelwinkel kann den Betriebsbedingungen angepasst und an die Leitschaufelöffnung angepasst werden. Die Mittellinie der Schaufelrotation steht in einem schrägen Winkel (45°–60°) zur Turbinenachse.
2) Wasserumleitungskammer. Ihre Funktion besteht darin, das Wasser gleichmäßig in den Wasserführungsmechanismus zu leiten, Energieverluste zu reduzieren und den Wirkungsgrad der Turbine zu verbessern. Große und mittelgroße Turbinen verwenden häufig Metallspiralen mit kreisförmigem Querschnitt bei Fallhöhen über 50 m und Betonspiralen mit trapezförmigem Querschnitt bei Fallhöhen unter 50 m.
3) Wasserführungsmechanismus. Er besteht im Allgemeinen aus einer bestimmten Anzahl stromlinienförmiger Leitschaufeln und deren Rotationsmechanismen, die gleichmäßig am Umfang des Laufrads angeordnet sind. Seine Funktion besteht darin, den Wasserstrom gleichmäßig in das Laufrad zu leiten und durch Einstellen der Öffnung der Leitschaufel die Durchflussrate der Turbine an die Lastanforderungen des Generatorsatzes anzupassen. Außerdem dient er als Wasserabdichtung, wenn er vollständig geschlossen ist.
4) Saugrohr. Der Wasserstrom am Austritt des Laufrads enthält noch einen Teil der überschüssigen Energie, die nicht genutzt wurde. Die Aufgabe des Saugrohrs besteht darin, diesen Energieanteil zurückzugewinnen und das Wasser stromabwärts abzuleiten. Saugrohre werden in zwei Typen unterteilt: gerade und gebogene Kegel. Erstere haben einen hohen Energiekoeffizienten und eignen sich im Allgemeinen für kleine Horizontal- und Rohrturbinen; Letztere haben eine geringere hydraulische Leistung als gerade Kegel, weisen aber eine geringere Grabtiefe auf und werden häufig in großen und mittelgroßen Gegenlaufturbinen eingesetzt.
(2) Klassifizierung. Entsprechend der axialen Richtung des Wasserflusses durch das Laufrad wird die Prallturbine in eine Francis-Turbine, eine Diagonalturbine, eine Axialturbine und eine Rohrturbine unterteilt.
1) Francis-Turbine. Die Francis-Turbine (Radial-Axial-Flow-Turbine) ist eine Gegenstromturbine, bei der das Wasser radial vom Umfang des Laufrads in axiale Richtung fließt. Diese Turbinenart ist für verschiedene Fallhöhen (30–700 m) geeignet, einfach aufgebaut, kleinvolumig und kostengünstig. Die größte in China in Betrieb genommene Francis-Turbine ist das Ertan-Wasserkraftwerk mit einer Nennleistung von 582 MW und einer maximalen Leistung von 621 MW.
2) Axialturbine. Die Axialturbine ist eine Gegenlaufturbine, bei der das Wasser axial einströmt und ebenfalls axial aus dem Laufrad ausströmt. Es gibt zwei Turbinentypen: Schraubenturbinen mit feststehenden Schaufeln und Kaplanturbinen mit rotierenden Schaufeln. Die Schaufeln der Schraubenturbine sind feststehend, die der Kaplanturbine drehbar. Die Wasserdurchflusskapazität der Axialturbine ist höher als die der Francis-Turbine. Da die Schaufeln der Schaufelradturbine lastabhängig ihre Position ändern können, ist ihr Wirkungsgrad bei unterschiedlichen Lastwechseln höher. Die Kavitationsbeständigkeit und mechanische Festigkeit der Axialturbine sind schlechter als die der Francis-Turbine, und auch die Konstruktion ist komplexer. Die Förderhöhe dieser Turbinen beträgt derzeit 80 m und mehr.
3) Rohrturbine. Der Wasserstrom dieser Wasserturbine fließt axial aus dem Laufrad, ohne dass es vor oder nach dem Laufrad zu einer Rotation kommt. Die Förderhöhe liegt zwischen 3 und 20 m. Der Rumpf bietet die Vorteile einer geringen Höhe, guter Strömungsbedingungen, hoher Effizienz, geringeren Tiefbauarbeiten und niedriger Kosten. Spiralen und gekrümmte Saugrohre sind nicht erforderlich. Je niedriger die Förderhöhe, desto deutlicher die Vorteile.
Rohrturbinen werden je nach Generatoranschluss und Übertragungsmodus in zwei Typen unterteilt: Durchlauf- und Halbdurchlaufturbinen. Halbdurchlaufturbinen werden weiter in Rohr-, Wellen- und Wellenverlängerungsturbinen unterteilt. Auch die Wellenverlängerungsturbinen werden in Schrägachsen und Horizontalachsen unterteilt. Derzeit werden Rohr-, Wellenverlängerungs- und Vertikalwellenturbinen am häufigsten in kleinen Anlagen eingesetzt. In den letzten Jahren wurde die Wellenturbine auch in großen und mittelgroßen Anlagen eingesetzt.
Der Generator der Wellenverlängerungsrohreinheit wird außerhalb der Wasserstraße installiert und ist über eine längere geneigte oder horizontale Welle mit der Turbine verbunden. Diese Wellenverlängerungsstruktur ist einfacher als die Glühbirnenstruktur.
4) Diagonalturbine. Struktur und Größe der Diagonalturbine (auch Diagonalturbine genannt) liegen zwischen der Mischströmung und der Axialströmung. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die Mittellinie der Laufradschaufeln in einem bestimmten Winkel zur Turbinenmittellinie steht. Aufgrund der Konstruktionsmerkmale kann die Anlage während des Betriebs nicht absinken. Daher ist in der zweiten Struktur eine Axialverschiebungssignal-Schutzvorrichtung installiert, um Kollisionen zwischen Schaufeln und Laufradkammer zu verhindern. Die Förderhöhe der Diagonalturbine beträgt 25–200 m.
Veröffentlichungszeit: 19. Oktober 2021
