La turbina de contraataque es un tipo de maquinaria hidráulica que utiliza la presión del flujo de agua para convertir la energía del agua en energía mecánica.
(1) Estructura. Los principales componentes estructurales de la turbina de contraataque son el rodete, la cámara de desviación de agua, el mecanismo de guía de agua y el tubo de aspiración.
1) Rodete. El rodete es una parte de la turbina hidráulica que convierte la energía del flujo de agua en energía mecánica rotatoria. Dependiendo de la dirección de la conversión de la energía hidráulica, las estructuras del rodete de las distintas turbinas de contraataque también varían. El rodete de la turbina Francis se compone de álabes torcidos aerodinámicos, corona, anillo inferior y otros componentes verticales principales; el rodete de la turbina de flujo axial se compone de álabes, cuerpo del rodete, cono de drenaje y otros componentes principales; la estructura del rodete de la turbina de flujo diagonal es más compleja. El ángulo de colocación de los álabes puede ajustarse según las condiciones de trabajo y ajustarse a la abertura del álabe guía. El eje de rotación de los álabes forma un ángulo oblicuo (45°-60°) con respecto al eje de la turbina.
2) Cámara de desviación de agua. Su función es asegurar que el agua fluya uniformemente hacia el mecanismo de guía, reducir la pérdida de energía y mejorar la eficiencia de la turbina. Las turbinas grandes y medianas suelen utilizar volutas metálicas de sección circular para saltos superiores a 50 m, y volutas de hormigón de sección trapezoidal para saltos inferiores a 50 m.
3) Mecanismo de guía de agua. Generalmente se compone de un número determinado de álabes guía aerodinámicos y sus mecanismos giratorios, dispuestos uniformemente en la periferia del rodete. Su función es guiar el flujo de agua uniformemente hacia el rodete y, mediante el ajuste de la apertura de los álabes guía, modificar el caudal de la turbina para satisfacer los requisitos de carga del grupo electrógeno. También cumple la función de sellar el agua cuando está completamente cerrado.
4) Tubo de aspiración. El flujo de agua a la salida del rodete aún conserva una parte de energía sobrante no utilizada. La función del tubo de aspiración es recuperar esta parte de la energía y descargar el agua aguas abajo. El tubo de aspiración se divide en dos tipos: cónico recto y curvo. El primero tiene un coeficiente energético elevado y suele ser adecuado para turbinas horizontales y tubulares pequeñas; el segundo tiene un rendimiento hidráulico inferior al de los cónicos rectos, pero una profundidad de excavación menor y se utiliza ampliamente en turbinas de contraataque de tamaño grande y mediano.
(2) Clasificación. Según la dirección axial del flujo de agua a través del rodete, la turbina de impacto se divide en turbina Francis, turbina de flujo diagonal, turbina de flujo axial y turbina tubular.
1) Turbina Francis. La turbina Francis (de flujo axial radial o Francis) es una turbina de contraataque en la que el agua fluye radialmente desde la circunferencia del rodete en dirección axial. Este tipo de turbina ofrece una amplia gama de alturas de descarga (30-700 m), una estructura simple, un volumen reducido y un bajo costo. La turbina Francis más grande que se ha puesto en funcionamiento en China es la de la Central Hidroeléctrica Ertan, con una potencia nominal de 582 MW y una potencia máxima de 621 MW.
2) Turbina de flujo axial. La turbina de flujo axial es una turbina de contraataque en la que el agua fluye axialmente hacia adentro y hacia afuera del rodete en dirección axial. Este tipo de turbina se divide en dos tipos: de álabes fijos (de tornillo) y rotatorios (de Kaplan). Los álabes del primero son fijos, mientras que los del segundo pueden girar. La capacidad de paso de agua de la turbina de flujo axial es mayor que la de la turbina Francis. Dado que los álabes de la turbina de paletas pueden cambiar de posición con los cambios de carga, presentan una mayor eficiencia en un amplio rango de cambios de carga. El rendimiento anticavitatorio y la resistencia mecánica de la turbina de flujo axial son inferiores a los de la turbina Francis, y su estructura también es más compleja. Actualmente, la altura de elevación aplicable de este tipo de turbina alcanza los 80 m o más.
3) Turbina tubular. El flujo de agua de este tipo de turbina fluye axialmente fuera del rodete, sin rotación antes ni después del rodete. El rango de altura de utilización es de 3 a 20°. El fuselaje ofrece las ventajas de baja altura, buen flujo de agua, alta eficiencia, menor necesidad de obra civil, bajo costo, sin necesidad de volutas ni tubos de aspiración curvos, y cuanto menor sea la altura de impulsión, más evidentes serán las ventajas.
Las turbinas tubulares se dividen en dos tipos: de flujo continuo y de flujo semicontinuo, según la conexión del generador y el modo de transmisión. Las turbinas de flujo semicontinuo se dividen a su vez en tipo bulbo, tipo eje y tipo extensión de eje. Entre ellas, el tipo extensión de eje también se divide en dos tipos: de eje oblicuo y de eje horizontal. Actualmente, los tipos más utilizados son el bulbo tubular, el tipo extensión de eje y el tipo eje vertical, que se emplean principalmente en unidades pequeñas. En los últimos años, el tipo eje también se ha utilizado en unidades grandes y medianas.
El generador de la unidad tubular de extensión de eje se instala fuera del cauce y se conecta a la turbina mediante un eje inclinado o horizontal más largo. Esta estructura de extensión de eje es más sencilla que la de bulbo.
4) Turbina de flujo diagonal. La estructura y el tamaño de la turbina de flujo diagonal (también llamada turbina diagonal) se encuentran entre la turbina de flujo mixto y la de flujo axial. La principal diferencia radica en que el eje central de los álabes del rodete forma un ángulo determinado con respecto al eje central de la turbina. Debido a sus características estructurales, la unidad no puede hundirse durante su funcionamiento, por lo que se instala un dispositivo de protección contra el desplazamiento axial en la segunda estructura para evitar colisiones accidentales entre los álabes y la cámara del rodete. El rango de carga de la turbina de flujo diagonal es de 25 a 200 m.
Hora de publicación: 19 de octubre de 2021
