La turbina de reacción es un tipo de maquinaria hidráulica que convierte la energía hidráulica en energía mecánica mediante el uso de la presión del flujo de agua.
(1) Estructura. Los principales componentes estructurales de la turbina de reacción incluyen el rodete, la cámara de alimentación, el mecanismo de guía de agua y el tubo de aspiración.
1) Rodete. El rodete es un componente de la turbina hidráulica que convierte la energía del flujo de agua en energía mecánica rotatoria. Según las diferentes direcciones de conversión de la energía del agua, la estructura del rodete de las distintas turbinas de reacción también varía. El rodete de la turbina Francis está compuesto por álabes aerodinámicos en espiral, corona de rueda y anillo inferior; el rodete de la turbina de flujo axial está compuesto por álabes, cuerpo del rodete, cono de descarga y otros componentes principales. La estructura del rodete de la turbina de flujo inclinado es compleja. El ángulo de colocación de los álabes puede variar según las condiciones de trabajo y se adapta a la abertura del álabe guía. El eje de rotación del álabe forma un ángulo oblicuo (45° ~ 60°) con el eje de la turbina.
2) Cámara de conducción. 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 hidráulica. La carcasa espiral metálica de sección circular se utiliza a menudo para turbinas hidráulicas grandes y medianas con una altura de impulsión superior a 50 m, y la carcasa espiral de hormigón de sección trapezoidal se utiliza a menudo para turbinas con una altura de impulsión inferior 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 hacia el rodete de forma uniforme y modificar el caudal de la turbina hidráulica mediante el ajuste de la apertura de los álabes guía, para satisfacer las necesidades de carga del generador. También cumple la función de sellado hidráulico cuando está completamente cerrado.
4) Tubo de aspiración. Parte de la energía restante del flujo de agua a la salida del rodete no se aprovecha. La función del tubo de aspiración es recuperar esta energía y descargar el agua aguas abajo. El tubo de aspiración se puede dividir en cono recto y curvado. El primero tiene un alto coeficiente energético y es generalmente adecuado para turbinas horizontales y tubulares pequeñas; aunque el segundo no tiene un rendimiento hidráulico tan bueno como el del cono recto, requiere poca profundidad de excavación y se utiliza ampliamente en turbinas de reacción de tamaño grande y mediano.
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(2) Clasificación. La turbina de reacción se divide en turbina Francis, turbina diagonal, turbina axial y turbina tubular según la dirección del flujo de agua que pasa por la superficie del eje del rodete.
1) Turbina Francis. La turbina Francis (de flujo axial radial o Francis) es un tipo de turbina de reacción en la que el agua fluye radialmente alrededor del rodete y axialmente. Este tipo de turbina ofrece un amplio rango de alturas de caída (30 a 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 un tipo de turbina de reacción en la que el agua fluye axialmente dentro y fuera del rodete. Este tipo de turbina se divide en turbina de hélice fija (de tornillo) y turbina de hélice rotativa (de Kaplan). Las palas de la primera son fijas, mientras que las de la segunda pueden girar. La capacidad de descarga de la turbina de flujo axial es mayor que la de la turbina Francis. Dado que la posición de las palas del rotor puede variar con la carga, ofrece una alta eficiencia en un amplio rango de cambios de carga. La resistencia a la cavitación y la resistencia mecánica de la turbina de flujo axial son inferiores a las de la turbina Francis, y su estructura también es más compleja. Actualmente, la altura de elevación aplicable de este tipo de turbina supera los 80 m.
3) Turbina tubular. El flujo de agua de este tipo de turbina fluye axialmente desde el flujo axial hasta el rodete, sin rotación antes ni después del rodete. Su rango de carga de utilización es de 3 a 20 bar. Presenta las ventajas de una altura de fuselaje reducida, buenas condiciones de flujo de agua, alta eficiencia, baja cantidad de obra civil, bajo costo, sin voluta ni tubo de aspiración curvado. Cuanto menor sea la carga de agua, más evidentes son sus ventajas.
Según el modo de conexión y transmisión del generador, las turbinas tubulares se dividen en tubulares completas y semitubulares. Las semitubulares se dividen a su vez en bulbo, eje y extensión de eje, y estas últimas se dividen en eje inclinado y eje horizontal. Actualmente, las más utilizadas son las de bulbo tubular, eje y extensión de eje, que se emplean principalmente en unidades pequeñas. En los últimos años, las de eje también se utilizan en unidades grandes y medianas.
El generador de la unidad tubular de extensión axial se instala fuera del canal de agua y se conecta a la turbina hidráulica mediante un eje inclinado largo o un eje horizontal. La estructura de este tipo de extensión de eje es más simple que la del tipo bulbo.
4) Turbina de flujo diagonal. La estructura y el tamaño de la turbina de flujo diagonal (también conocida como turbina diagonal) se encuentran entre las de flujo Francis y axial. La principal diferencia radica en que el eje central del álabe del rodete forma un ángulo determinado con el eje central de la turbina. Debido a sus características estructurales, la unidad no se hunde durante su funcionamiento, por lo que se instala un dispositivo de protección de la señal de desplazamiento axial en la segunda estructura para evitar la colisión entre el álabe y la cámara del rodete. El rango de carga de la turbina de flujo diagonal es de 25 a 200 m.
En la actualidad, la turbina de caída inclinada con potencia nominal unitaria más grande del mundo es de 215 MW (antigua Unión Soviética) y la altura de utilización más alta es de 136 m (Japón).
Hora de publicación: 01-sep-2021
