Vastaiskuturbiini on eräänlainen hydraulinen kone, joka käyttää veden virtauksen painetta veden energian muuntamiseen mekaaniseksi energiaksi.
(1) Rakenne. Vastaiskuturbiinin päärakenneosat ovat juoksupyörä, vedenohjauskammio, vedenohjausmekanismi ja vetoputki.
1) Juoksuputki. Juoksuputki on osa vesiturbiinia, joka muuntaa veden virtauksen energian pyöriväksi mekaaniseksi energiaksi. Myös erilaisten vastaiskuturbiinien juoksuputkien rakenteet vaihtelevat veden energian muuntumissuunnasta riippuen. Francis-turbiinin juoksuputki koostuu virtaviivaisista, kierretyistä lavoista, kruunusta ja alarenkaasta sekä muista tärkeimmistä pystysuuntaisista osista; aksiaalivirtausturbiinin juoksuputki koostuu lavoista, juoksuputkesta ja tyhjennyskartiosta sekä muista tärkeimmistä osista; diagonaalivirtausturbiinin juoksuputkirakenne on monimutkaisempi. Lapojen sijoituskulmaa voidaan muuttaa käyttöolosuhteiden mukaan ja sovittaa ohjaussiiven aukkoon. Lapojen pyörimiskeskiviiva on vinossa kulmassa (45°-60°) turbiinin akseliin nähden.
2) Vedenohjauskammio. Sen tehtävänä on saada vesi virtaamaan tasaisesti vedenohjausmekanismiin, vähentää energiahäviötä ja parantaa turbiinin hyötysuhdetta. Suurissa ja keskikokoisissa turbiineissa käytetään usein pyöreän poikkileikkauksen omaavia metallikierukoita yli 50 m:n nostokorkeuksilla ja puolisuunnikkaan muotoisia betonikierukoita alle 50 m:n nostokorkeuksilla.
3) Vedenohjausmekanismi. Se koostuu yleensä tietystä määrästä virtaviivaisia ohjaussiipiä ja niiden pyörivistä mekanismeista, jotka on järjestetty tasaisesti juoksuputken kehälle. Sen tehtävänä on ohjata veden virtausta tasaisesti juoksuputkeen ja ohjaussiiven aukkoa säätämällä muuttaa turbiinin virtausnopeutta generaattorin kuormitusvaatimusten täyttämiseksi. Se toimii myös veden tiivistämisenä, kun se on täysin suljettu.
4) Vetoputki. Veden virtauksessa juoksuputken ulostulossa on vielä osa käyttämättömästä ylimääräisestä energiasta. Vetoputken tehtävänä on ottaa talteen tämä osa energiasta ja johtaa vesi alavirtaan. Vetoputki jaetaan kahteen tyyppiin: suoraan kartioon ja kaarevaan. Ensimmäisellä on suuri energiakerroin ja se soveltuu yleensä pieniin vaakasuoriin ja putkimaisiin turbiineihin; jälkimmäisellä on alhaisempi hydraulinen suorituskyky kuin suorilla kartioilla, mutta sillä on pienempi kaivusyvyys, ja sitä käytetään laajalti suurissa ja keskikokoisissa vastaiskuturbiineissa.
(2) Luokittelu. Juoksukanavan läpi kulkevan veden aksiaalisuunnan mukaan iskuturbiini jaetaan Francis-turbiiniin, diagonaalivirtausturbiiniin, aksiaalivirtausturbiiniin ja putkiturbiiniin.
1) Francis-turbiini. Francis-turbiini (radiaalinen aksiaalivirtausturbiini tai Francis) on vastahyökkäysturbiini, jossa vesi virtaa säteittäisesti juoksuputken kehältä aksiaaliseen suuntaan. Tämän tyyppisellä turbiinilla on laaja käyttöalue (30–700 m), yksinkertainen rakenne, pieni tilavuus ja alhaiset kustannukset. Kiinassa suurin käyttöön otettu Francis-turbiini on Ertanin vesivoimalaitos, jonka nimellisteho on 582 MW ja suurin teho 621 MW.
2) Aksiaalivirtausturbiini. Aksiaalivirtausturbiini on vastaiskuturbiini, jossa vesi virtaa sisään aksiaalisesta suunnasta ja virtaa ulos juoksupyörästä aksiaalisessa suunnassa. Tämän tyyppiset turbiinit jaetaan kahteen tyyppiin: kiinteäsiipinen (ruuvityyppinen) ja pyörivä (Kaplan-tyyppinen). Ensimmäisen lavat ovat kiinteät ja jälkimmäisen lavat voivat pyöriä. Aksiaalivirtausturbiinin vedenläpäisykyky on suurempi kuin Francis-turbiinin. Koska siipiturbiinin lavat voivat muuttaa asentoaan kuormituksen muutosten mukaan, niillä on parempi hyötysuhde laajalla kuormituksen muutosalueella. Aksiaalivirtausturbiinin kavitaationestokyky ja mekaaninen lujuus ovat huonompia kuin Francis-turbiinin, ja rakenne on myös monimutkaisempi. Tällä hetkellä tämän tyyppisen turbiinin sovellettava nostokorkeus on 80 m tai enemmän.
3) Putkimainen turbiini. Tämän tyyppisen vesiturbiinin vesivirtaus virtaa aksiaalisesti ulos juoksuputkesta, eikä juoksuputken edessä tai jälkeen ole pyörimistä. Käyttökorkeusalue on 3–20. Rungon etuna on pieni korkeus, hyvät veden virtausolosuhteet, korkea hyötysuhde, vähemmän maanrakennustöitä, alhaiset kustannukset, ei tarvetta kierukoille ja kaareville vetoputkille, ja mitä matalampi pää, sitä ilmeisemmät edut.
Putkimaiset turbiinit jaetaan kahteen tyyppiin: täysläpivirtausturbiinit ja puoliläpivirtausturbiinit generaattorin liitännän ja siirtotavan mukaan. Puoliläpivirtausturbiinit jaetaan edelleen sipuliturbiiniin, akseliturbiiniin ja akselin jatkoturbiiniin. Näistäkin akselin jatkoturbiinit jaetaan kahteen tyyppiin: vinoon akseliin ja vaakasuoraan akseliin. Tällä hetkellä yleisimmin käytettyjä sipuliturbiinia, akselin jatkoturbiinia ja pystysuoraa akseliturbiinia käytetään enimmäkseen pienissä yksiköissä. Viime vuosina akseliturbiinia on käytetty myös suurissa ja keskisuurissa yksiköissä.
Akselinjatkeputkiyksikön generaattori asennetaan vesiväylän ulkopuolelle ja generaattori on yhdistetty turbiiniin pidemmällä kaltevalla akselilla tai vaakasuoralla akselilla. Tämän akselinjatkeen rakenne on yksinkertaisempi kuin sipulityyppisen.
4) Diagonaalivirtausturbiini. Diagonaalivirtausturbiinin rakenne ja koko ovat sekavirtausturbiinin ja aksiaalivirtausturbiinin välillä. Tärkein ero on se, että juoksupyörän lapojen keskiviiva on tietyssä kulmassa turbiinin keskiviivaan nähden. Rakenteellisten ominaisuuksien vuoksi yksikkö ei saa upota käytön aikana, joten toiseen rakenteeseen on asennettu aksiaalisiirtymäsignaalin suojauslaite estämään lapojen ja juoksupyörän kammion törmäykset. Diagonaalivirtausturbiinin käyttökorkeusalue on 25–200 m.
Julkaisun aika: 19.10.2021
