Eine Reaktionsturbine ist eine Art hydraulische Maschine, die unter Ausnutzung des Drucks des Wasserflusses hydraulische Energie in mechanische Energie umwandelt.
(1) Struktur. Zu den wichtigsten Strukturkomponenten einer Reaktionsturbine gehören Laufrad, Druckkammer, Wasserführungsmechanismus und Saugrohr.
1) Laufrad. Das Laufrad ist eine Komponente einer hydraulischen Turbine, die die Strömungsenergie des Wassers in rotierende mechanische Energie umwandelt. Je nach Richtung der Wasserenergieumwandlung unterscheidet sich auch der Aufbau des Laufrads verschiedener Reaktionsturbinen. Das Laufrad einer Francis-Turbine besteht aus stromlinienförmigen, gewundenen Schaufeln, einer Radkrone und einem unteren Ring. Das Laufrad einer Axialturbine besteht aus Schaufeln, einem Laufradkörper, einem Auslasskegel und weiteren Hauptkomponenten. Die Struktur eines Schrägströmungsturbinenlaufrads ist komplex. Der Schaufelwinkel kann sich den Betriebsbedingungen anpassen und an die Öffnung der Leitschaufel angepasst werden. Die Mittellinie der Schaufelrotation bildet einen schrägen Winkel (45 ° bis 60 °) mit der Turbinenachse.
2) Druckkammer. Ihre Funktion besteht darin, das Wasser gleichmäßig zum Wasserführungsmechanismus fließen zu lassen, Energieverluste zu reduzieren und den Wirkungsgrad der Wasserturbine zu verbessern. Metallspiralgehäuse mit kreisförmigem Querschnitt werden häufig für große und mittelgroße Wasserturbinen mit einer Wassersäule von über 50 m verwendet, Betonspiralgehäuse mit trapezförmigem Querschnitt für Turbinen mit einer Wassersäule von unter 50 m.
3) Wasserleitmechanismus. Er besteht in der Regel aus einer bestimmten Anzahl stromlinienförmiger Leitschaufeln und deren Rotationsmechanismen, die gleichmäßig am Umfang des Laufrads angeordnet sind. Seine Funktion besteht darin, den Wasserstrom gleichmäßig zum Laufrad zu leiten und den Durchfluss der Hydraulikturbine durch Anpassung der Öffnung der Leitschaufel so zu verändern, dass er den Lastanforderungen der Generatoreinheit entspricht. Im geschlossenen Zustand dient er außerdem als Wasserdichtung.
4) Saugrohr. Ein Teil der verbleibenden Energie des Wasserstroms am Laufradauslass wird nicht genutzt. Die Funktion des Saugrohrs besteht darin, diese Energie zurückzugewinnen und das Wasser stromabwärts abzuleiten. Saugrohre lassen sich in gerade Kegel und gekrümmte Formen unterteilen. Erstere haben einen hohen Energiekoeffizienten und eignen sich im Allgemeinen für kleine Horizontal- und Rohrturbinen. Letztere weisen zwar eine geringere hydraulische Leistung als gerade Kegel auf, benötigen aber eine geringere Aushubtiefe. Daher werden sie häufig in großen und mittelgroßen Reaktionsturbinen eingesetzt.
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(2) Klassifizierung. Die Reaktionsturbine wird entsprechend der Strömungsrichtung des Wassers, das durch die Wellenoberfläche des Laufrads fließt, in Francis-Turbinen, Diagonalturbinen, Axialturbinen und Rohrturbinen unterteilt.
1) Francis-Turbine. Die Francis-Turbine (Radial-Axial-Flow-Turbine) ist eine Reaktionsturbine, bei der das Wasser radial um das Laufrad und axial umströmt wird. Diese Turbinenart ist für einen breiten Fallhöhenbereich (30 bis 700 m) einsetzbar, einfach aufgebaut, kleinvolumig und kostengünstig. Die größte in China in Betrieb genommene Francis-Turbine ist die Turbine des Ertan-Wasserkraftwerks mit einer Nennleistung von 582 MW und einer maximalen Leistung von 621 MW.
2) Axialturbine. Axialturbinen sind Reaktionsturbinen, bei denen das Wasser axial in das Laufrad ein- und ausströmt. Man unterscheidet zwischen Festpropellern (Schraubenpropeller) und Kaplan-Turbinen (Rotationspropeller). Die Rotorblätter der Axialturbine sind fest, die der Kaplan-Turbine drehbar. Die Förderleistung von Axialturbinen ist höher als die einer Francis-Turbine. Da sich die Rotorblattposition lastabhängig ändern kann, ist der Wirkungsgrad über einen großen Lastwechselbereich hoch. Die Kavitationsbeständigkeit und mechanische Festigkeit von Axialturbinen sind schlechter als die von Francis-Turbinen, und auch die Struktur ist komplexer. Die Förderhöhe dieser Turbinen liegt derzeit bei über 80 m.
3) Rohrturbine. Der Wasserstrom dieser Turbine fließt axial vom Axialstrom zum Laufrad, ohne Rotation vor und nach dem Laufrad. Die Förderhöhe liegt zwischen 3 und 20 m/min. Die Vorteile sind geringe Rumpfhöhe, gute Strömungsbedingungen, hoher Wirkungsgrad, geringer Tiefbauaufwand, niedrige Kosten und der Verzicht auf Spiralgehäuse und gekrümmte Saugrohre. Je niedriger die Förderhöhe, desto deutlicher die Vorteile.
Je nach Anschluss- und Übertragungsart des Generators werden Rohrturbinen in Vollrohr- und Halbrohrturbinen unterteilt. Halbrohrturbinen werden weiter in Kolben-, Wellen- und Wellenverlängerungsturbinen unterteilt, wobei die Wellenverlängerungsturbinen wiederum in Schräg- und Horizontalwellen unterteilt werden. Am häufigsten werden derzeit Kolben-, Wellenverlängerungs- und Wellenturbinen verwendet, die vor allem für kleine Anlagen eingesetzt werden. In den letzten Jahren wird die Wellenturbine auch für große und mittelgroße Anlagen eingesetzt.
Der Generator der axial verlängerten Rohreinheit ist außerhalb des Wasserkanals installiert und über eine lange geneigte oder horizontale Welle mit der Wasserturbine verbunden. Die Struktur dieses Wellenverlängerungstyps ist einfacher als die des Glühbirnentyps.
4) Diagonalturbine. Aufbau und Größe der Diagonalturbine (auch Diagonalturbine genannt) liegen zwischen Francis- und Axialturbine. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die Mittellinie der Laufschaufeln in einem bestimmten Winkel zur Turbinenmittellinie verläuft. Aufgrund der konstruktiven Eigenschaften kann die Anlage während des Betriebs nicht absinken. Daher ist in der zweiten Struktur eine Axialverschiebungssignal-Schutzvorrichtung installiert, um eine Kollision zwischen Schaufel und Laufradkammer zu verhindern. Die Förderhöhe der Diagonalturbine beträgt 25 bis 200 m.
Derzeit beträgt die weltweit höchste Nennleistung einer Schrägfallturbine 215 MW (ehemalige Sowjetunion), und die höchste Fallhöhe liegt bei 136 m (Japan).
Beitragszeit: 01.09.2021
