Ο στρόβιλος αντίδρασης είναι ένα είδος υδραυλικού μηχανήματος που μετατρέπει την υδραυλική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια χρησιμοποιώντας την πίεση της ροής του νερού.
(1) Δομή. Τα κύρια δομικά στοιχεία του στροβίλου αντίδρασης περιλαμβάνουν τον δρομέα, τον θάλαμο υπερχείλισης, τον μηχανισμό οδήγησης νερού και τον σωλήνα έλξης.
1) Δρομέας. Ο δρομέας είναι ένα εξάρτημα του υδραυλικού στροβίλου που μετατρέπει την ενέργεια ροής του νερού σε περιστρεφόμενη μηχανική ενέργεια. Ανάλογα με τις διαφορετικές κατευθύνσεις μετατροπής της ενέργειας του νερού, οι δομές των δρομέων των διαφόρων στροβίλων αντίδρασης είναι επίσης διαφορετικές. Ο δρομέας του στροβίλου Francis αποτελείται από αεροδυναμικά στριμμένα πτερύγια, κεφαλή τροχού και κάτω δακτύλιο. Ο δρομέας του στροβίλου αξονικής ροής αποτελείται από πτερύγια, σώμα δρομέα, κώνο εκκένωσης και άλλα κύρια εξαρτήματα: η δομή του κεκλιμένου δρομέα του στροβίλου ροής είναι πολύπλοκη. Η γωνία τοποθέτησης των πτερυγίων μπορεί να αλλάξει ανάλογα με τις συνθήκες εργασίας και να ταιριάζει με το άνοιγμα του οδηγού πτερυγίου. Η κεντρική γραμμή περιστροφής των πτερυγίων σχηματίζει μια λοξή γωνία (45 ° ~ 60 °) με τον άξονα του στροβίλου.
2) Θάλαμος υπερχείλισης. Η λειτουργία του είναι να κάνει το νερό να ρέει ομοιόμορφα προς τον μηχανισμό οδήγησης νερού, να μειώνει τις απώλειες ενέργειας και να βελτιώνει την απόδοση του υδραυλικού στροβίλου. Το μεταλλικό σπειροειδές περίβλημα με κυκλική διατομή χρησιμοποιείται συχνά για μεγάλους και μεσαίου μεγέθους υδραυλικούς στροβίλους με μανομετρικό ύψος άνω των 50m, ενώ το σκυρόδεμα σπειροειδές περίβλημα με τραπεζοειδή διατομή χρησιμοποιείται συχνά για στροβίλους με μανομετρικό ύψος κάτω των 50m.
3) Μηχανισμός οδηγού νερού. Γενικά αποτελείται από έναν ορισμένο αριθμό αεροδυναμικών πτερυγίων οδηγού και τους περιστρεφόμενους μηχανισμούς τους ομοιόμορφα διατεταγμένους στην περιφέρεια του δρομέα. Η λειτουργία του είναι να καθοδηγεί ομοιόμορφα τη ροή του νερού στον δρομέα και να αλλάζει τη ροή του υδραυλικού στροβίλου ρυθμίζοντας το άνοιγμα του πτερυγίου οδηγού, έτσι ώστε να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις φορτίου της μονάδας γεννήτριας. Παίζει επίσης τον ρόλο της στεγανοποίησης νερού όταν είναι πλήρως κλειστή.
4) Σωλήνας έλξης. Μέρος της υπόλοιπης ενέργειας στη ροή του νερού στην έξοδο του δρομέα δεν έχει χρησιμοποιηθεί. Η λειτουργία του σωλήνα έλξης είναι η ανάκτηση αυτής της ενέργειας και η εκκένωση του νερού προς τα κάτω. Ο σωλήνας έλξης μπορεί να χωριστεί σε ευθύγραμμο κωνικό και καμπύλο σχήμα. Ο πρώτος έχει μεγάλο συντελεστή ενέργειας και είναι γενικά κατάλληλος για μικρούς οριζόντιους και σωληνωτούς στροβίλους. Αν και η υδραυλική απόδοση του δεύτερου δεν είναι τόσο καλή όσο αυτή του ευθύγραμμου κώνου, το βάθος εκσκαφής είναι μικρό και χρησιμοποιείται ευρέως σε μεγάλους και μεσαίου μεγέθους στροβίλους αντίδρασης.
,
(2) Ταξινόμηση. Ο στρόβιλος αντίδρασης διαιρείται σε στρόβιλο Francis, διαγώνιο στρόβιλο, αξονικό στρόβιλο και σωληνωτό στρόβιλο ανάλογα με την κατεύθυνση της ροής του νερού που διέρχεται από την επιφάνεια του άξονα του δρομέα.
1) Στροβίλος Francis. Ο στρόβιλος Francis (ακτινική αξονική ροή ή Francis) είναι ένα είδος στροβίλου αντίδρασης στον οποίο το νερό ρέει ακτινικά γύρω από τον δρομέα και ρέει αξονικά. Αυτός ο τύπος στροβίλου έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμόσιμου μανομετρικού ύψους (30 ~ 700m), απλή δομή, μικρό όγκο και χαμηλό κόστος. Ο μεγαλύτερος στρόβιλος Francis που έχει τεθεί σε λειτουργία στην Κίνα είναι ο στρόβιλος του υδροηλεκτρικού σταθμού Ertan, με ονομαστική ισχύ εξόδου 582mw και μέγιστη ισχύ εξόδου 621 MW.
2) Αξονικός στρόβιλος ροής. Ο αξονικός στρόβιλος ροής είναι ένα είδος στροβίλου αντίδρασης στον οποίο το νερό ρέει μέσα και έξω από τον δρομέα αξονικά. Αυτός ο τύπος στροβίλου διαιρείται σε τύπο σταθερής έλικας (τύπος βιδωτής έλικας) και τύπο περιστροφικής έλικας (τύπος Kaplan). Τα πτερύγια του πρώτου είναι σταθερά και τα πτερύγια του δεύτερου μπορούν να περιστρέφονται. Η ικανότητα εκκένωσης του στροβίλου αξονικής ροής είναι μεγαλύτερη από αυτή του στροβίλου Francis. Επειδή η θέση των πτερυγίων του στροβίλου με ρότορα μπορεί να αλλάξει με την αλλαγή φορτίου, έχει υψηλή απόδοση σε ένα μεγάλο εύρος αλλαγής φορτίου. Η αντίσταση στη σπηλαίωση και η μηχανική αντοχή του στροβίλου αξονικής ροής είναι χειρότερες από αυτές του στροβίλου Francis, και η δομή είναι επίσης πιο περίπλοκη. Προς το παρόν, το εφαρμόσιμο ύψος πτώσης αυτού του είδους του στροβίλου έχει φτάσει τα 80 μέτρα.
3) Σωληνωτός στρόβιλος. Η ροή του νερού αυτού του είδους τουρμπίνας ρέει αξονικά από την αξονική ροή προς τον δρομέα και δεν υπάρχει περιστροφή πριν και μετά τον δρομέα. Το εύρος της ωφέλιμης κεφαλής είναι 3 ~ 20. Έχει τα πλεονεκτήματα του μικρού ύψους ατράκτου, των καλών συνθηκών ροής του νερού, της υψηλής απόδοσης, της χαμηλής ποσότητας πολιτικού μηχανικού, του χαμηλού κόστους, της έλλειψης σπειροειδούς και καμπυλωτού σωλήνα έλξης, και όσο χαμηλότερο είναι το μανομετρικό ύψος, τόσο πιο προφανή είναι τα πλεονεκτήματά του.
Σύμφωνα με τη σύνδεση και τον τρόπο μετάδοσης της γεννήτριας, ο σωληνωτός στρόβιλος διακρίνεται σε πλήρως σωληνωτό και ημισωληνωτό τύπο. Ο ημισωληνωτός τύπος διαιρείται περαιτέρω σε τύπο βολβού, τύπο άξονα και τύπο επέκτασης άξονα, μεταξύ των οποίων ο τύπος επέκτασης άξονα διαιρείται σε κεκλιμένο άξονα και οριζόντιο άξονα. Σήμερα, οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενοι είναι ο σωληνωτός τύπος βολβού, ο τύπος επέκτασης άξονα και ο τύπος άξονα, οι οποίοι χρησιμοποιούνται κυρίως για μικρές μονάδες. Τα τελευταία χρόνια, ο τύπος άξονα χρησιμοποιείται επίσης για μεγάλες και μεσαίες μονάδες.
Η γεννήτρια της αξονικής σωληνωτής μονάδας επέκτασης εγκαθίσταται έξω από το κανάλι νερού και η γεννήτρια συνδέεται με τον υδροστρόβιλο με έναν μακρύ κεκλιμένο άξονα ή έναν οριζόντιο άξονα. Η δομή αυτού του τύπου επέκτασης άξονα είναι απλούστερη από αυτή του τύπου βολβού.
4) Στρόβιλος διαγώνιας ροής. Η δομή και το μέγεθος του στροβίλου διαγώνιας ροής (γνωστού και ως διαγώνιου) είναι μεταξύ ροής Francis και αξονικής ροής. Η κύρια διαφορά είναι ότι η κεντρική γραμμή του πτερυγίου του δρομέα βρίσκεται σε μια ορισμένη γωνία με την κεντρική γραμμή του στροβίλου. Λόγω των δομικών χαρακτηριστικών, η μονάδα δεν επιτρέπεται να βυθιστεί κατά τη λειτουργία, επομένως η συσκευή προστασίας σήματος αξονικής μετατόπισης είναι εγκατεστημένη στη δεύτερη δομή για να αποτρέψει τη σύγκρουση μεταξύ του πτερυγίου και του θαλάμου του δρομέα. Το εύρος κεφαλής αξιοποίησης του στροβίλου διαγώνιας ροής είναι 25 ~ 200m.
Αυτή τη στιγμή, η μεγαλύτερη ονομαστική ισχύς εξόδου μίας μονάδας κεκλιμένου στροβίλου στον κόσμο είναι 215MW (πρώην Σοβιετική Ένωση) και το υψηλότερο ύψος αξιοποίησης είναι 136m (Ιαπωνία).
Ώρα δημοσίευσης: 01 Σεπτεμβρίου 2021
