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) Rotor. El rotor es una parte de la turbina hidráulica que convierte la energía del flujo de agua en energía mecánica rotacional. Dependiendo de la dirección de la conversión de energía del agua, las estructuras del rotor de las distintas turbinas de contraataque también difieren. El rotor de la turbina Francis se compone de álabes retorcidos aerodinámicos, corona y anillo inferior y otros componentes verticales principales; el rotor de la turbina de flujo axial se compone de álabes, cuerpo del rotor y cono de drenaje y otros componentes principales; la estructura del rotor de la turbina de flujo diagonal es más compleja. El ángulo de colocación de los álabes puede cambiarse según las condiciones de funcionamiento y coincidir con la apertura de los álabes directores. La línea central de rotación de los álabes está en un ángulo oblicuo (45°-60°) con respecto al eje de la turbina.
2) Cámara de desviación de agua. Su función es distribuir uniformemente el flujo de agua hacia el mecanismo de guiado, 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 alturas superiores a 50 m, y volutas de hormigón de sección trapezoidal para alturas inferiores a 50 m.
3) Mecanismo de guía de agua. Generalmente se compone de varias paletas guía aerodinámicas y sus mecanismos de rotación, dispuestas uniformemente en la periferia del rotor. Su función es guiar el flujo de agua de manera uniforme hacia el rotor y, ajustando la apertura de las paletas guía, modificar el caudal de la turbina para satisfacer los requisitos de carga del grupo electrógeno. Además, 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 parte de la energía sobrante. La función del tubo de aspiración es recuperar esta energía y descargarla aguas abajo. Existen dos tipos de tubos de aspiración: cónicos rectos y curvos. Los primeros presentan un alto coeficiente energético y suelen ser adecuados para turbinas tubulares y horizontales pequeñas; los segundos tienen un rendimiento hidráulico inferior al de los cónicos rectos, pero requieren una menor profundidad de excavación y se utilizan ampliamente en turbinas de contraataque de tamaño mediano y grande.
(2) Clasificación. Según la dirección axial del flujo de agua a través del rotor, 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) es una turbina de contracorriente en la que el agua fluye radialmente desde la circunferencia del rotor hacia el eje. Este tipo de turbina tiene un amplio rango de alturas de caída aplicables (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 de 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 contracorriente en la que el agua entra desde el eje y sale del rotor en la misma dirección. Este tipo de turbina se divide en dos tipos: de palas fijas (tipo tornillo) y de palas rotativas (tipo Kaplan). Las palas de la primera son fijas, mientras que las de la segunda pueden girar. La capacidad de paso de agua de la turbina de flujo axial es mayor que la de la turbina Francis. Debido a que las palas de la turbina de paletas pueden cambiar de posición con las variaciones de carga, tienen una mayor eficiencia en un amplio rango de cargas. El rendimiento anticavitación 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 caída aplicable de este tipo de turbina ha alcanzado los 80 m o más.
3) Turbina tubular. El flujo de agua de este tipo de turbina fluye axialmente hacia afuera del rotor, sin rotación antes ni después del mismo. El rango de altura de elevación es de 3 a 20 m. El fuselaje presenta las ventajas de poca altura, buenas condiciones de flujo de agua, alta eficiencia, menor necesidad de obras civiles, bajo costo, ausencia de volutas y tubos de aspiración curvos, y cuanto menor sea la altura de elevación, más evidentes serán las ventajas.
Las turbinas tubulares se dividen en dos tipos: de flujo completo y de flujo parcial, según la conexión del generador y el modo de transmisión. Las turbinas de flujo parcial se subdividen en tipo bulbo, tipo eje y tipo extensión de eje. Dentro de estas últimas, el tipo extensión de eje también se divide en dos tipos: eje oblicuo y eje horizontal. Actualmente, los tipos más utilizados son el bulbo tubular, el eje de extensión y el eje vertical, que se emplean principalmente en unidades pequeñas. En los últimos años, el tipo eje también se ha utilizado en unidades de tamaño mediano y grande.
El generador de la unidad tubular de extensión de eje se instala fuera del canal de navegación y se conecta a la turbina mediante un eje inclinado más largo o un eje horizontal. Esta estructura de extensión de eje es más sencilla que la de tipo bulbo.
4) Turbina de flujo diagonal. La estructura y el tamaño de la turbina de flujo diagonal (también llamada diagonal) se encuentran entre los de flujo mixto y los de flujo axial. La principal diferencia radica en que el eje de los álabes del rotor forma un ángulo con el eje 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 prevenir colisiones entre los álabes y la cámara del rotor. El rango de altura de elevación de la turbina de flujo diagonal es de 25 a 200 m.
Fecha de publicación: 19 de octubre de 2021
