Reaktioturbiini on eräänlainen hydraulinen kone, joka muuntaa hydraulisen energian mekaaniseksi energiaksi käyttämällä veden virtauksen painetta.
(1) Rakenne. Reaktioturbiinin päärakenneosia ovat juoksuputki, yläkanava, vedenohjausmekanismi ja vetoputki.
1) Juoksuputki. Juoksuputki on hydrauliturbiinin osa, joka muuntaa veden virtausenergian pyöriväksi mekaaniseksi energiaksi. Erilaisten vesienergian muuntosuuntien mukaan myös eri reaktioturbiinien juoksuputkien rakenteet eroavat toisistaan. Francis-turbiinin juoksuputki koostuu virtaviivaisista kierretyistä lavoista, pyörän kruunusta ja alarenkaasta. Aksiaaliturbiinin juoksuputki koostuu lavoista, juoksuputkesta, poistokartiosta ja muista pääkomponenteista. Kaltevan virtausturbiinin juoksuputken rakenne on monimutkainen. Lavan sijoituskulma voi muuttua käyttöolosuhteiden mukaan ja vastata ohjaussiiven aukkoa. Lavan pyörimiskeskiviiva muodostaa vinon kulman (45° ~ 60°) turbiinin akseliin nähden.
2) Yläkanavan kammio. Sen tehtävänä on saada vesi virtaamaan tasaisesti vedenohjausmekanismiin, vähentää energiahäviötä ja parantaa hydrauliturbiinin hyötysuhdetta. Pyöreällä poikkileikkauksella varustettua metallista spiraalikoteloa käytetään usein suurissa ja keskikokoisissa hydrauliturbiineissa, joiden vedenkorkeus on yli 50 m, ja puolisuunnikkaan muotoista betonista spiraalikoteloa käytetään usein turbiineissa, joiden vedenkorkeus on alle 50 m.
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 juoksuputkelle ja muuttaa hydrauliturbiinin läpivirtausta säätämällä ohjaussiiven aukkoa generaattoriyksikön kuormitusvaatimusten täyttämiseksi. Se toimii myös vesitiivisteenä, kun se on täysin suljettu.
4) Vetoputki. Osaa veden virtauksen jäljellä olevasta energiasta juoksuputken ulostulossa ei ole hyödynnetty. Vetoputken tehtävänä on ottaa tämä energia talteen ja johtaa vesi alavirtaan. Vetoputket voidaan jakaa suoraan kartioon ja kaarevaan muotoon. Ensimmäisellä on suuri energiakerroin ja se soveltuu yleensä pieniin vaakasuoriin ja putkimaisiin turbiineihin. Vaikka jälkimmäisen hydraulinen suorituskyky ei ole yhtä hyvä kuin suoralla kartiolla, sen kaivusyvyys on pieni ja sitä käytetään laajalti suurissa ja keskikokoisissa reaktioturbiineissa.
,
(2) Luokittelu. Reaktioturbiinit jaetaan Francis-turbiiniin, diagonaaliturbiiniin, aksiaaliturbiiniin ja putkiturbiiniin juoksupyörän akselin pinnan läpi kulkevan veden virtaussuunnan mukaan.
1) Francis-turbiini. Francis-turbiini (radiaalinen aksiaalivirtausturbiini tai Francis) on reaktioturbiini, jossa vesi virtaa säteittäisesti juoksuputken ympäri ja aksiaalisesti. Tämän tyyppisellä turbiinilla on laaja sovellettavissa oleva nostokorkeusalue (30 ~ 700 m), yksinkertainen rakenne, pieni tilavuus ja alhaiset kustannukset. Suurin Kiinassa käyttöön otettu Francis-turbiini on Ertanin vesivoimalaitoksen turbiini, jonka nimellisteho on 582 MW ja suurin teho 621 MW.
2) Aksiaaliturbiini. Aksiaaliturbiini on reaktioturbiinityyppi, jossa vesi virtaa juoksupyörään ja siitä ulos aksiaalisesti. Tällainen turbiini jaetaan kiinteäpotkurityyppiseen (ruuvipotkurityyppinen) ja pyöriväpotkurityyppiseen (Kaplan-tyyppinen). Ensimmäisen lavat ovat kiinteät ja jälkimmäisen lavat voivat pyöriä. Aksiaaliturbiinin purkauskapasiteetti on suurempi kuin Francis-turbiinin. Koska roottoriturbiinin lavan asento voi muuttua kuormituksen muutoksen mukana, sillä on korkea hyötysuhde laajalla kuormituksen muutosalueella. Aksiaaliturbiinin kavitaationkestävyys ja mekaaninen lujuus ovat huonompia kuin Francis-turbiinin, ja rakenne on myös monimutkaisempi. Tällä hetkellä tämän tyyppisen turbiinin sovellettavissa oleva nostokorkeus on yli 80 m.
3) Putkimainen turbiini. Tämän tyyppisen turbiinin vesivirtaus virtaa aksiaalisesti aksiaalivirtauksesta juoksuputkeen, eikä juoksuputken edessä tai jälkeen ole pyörimistä. Käyttökorkeusalue on 3–20. Sen etuja ovat pieni rungon korkeus, hyvät veden virtausolosuhteet, korkea hyötysuhde, pieni vesimäärä, alhaiset kustannukset, kierukkamaisen ja kaarevan vetoputken puuttuminen, ja mitä pienempi vesikorkeus, sitä ilmeisemmät sen edut.
Liitäntä- ja siirtotavan mukaan putkimaiset turbiinit jaetaan täysputkimaisiin ja puoliputkimaisiin turbiineihin. Puoliputkimaiset turbiinit jaetaan edelleen kuplamaisiin, akselimaisiin ja akselijatkeisiin, ja akselijatkeisiin vinoakselisiin ja vaakasuoraan akseliin. Tällä hetkellä yleisimmin käytettyjä turbiineja ovat kuplamaiset, akselijatkeiset ja akselijatkeiset turbiinit, joita käytetään enimmäkseen pienissä yksiköissä. Viime vuosina akselimaisia turbiineja on käytetty myös suurissa ja keskikokoisissa yksiköissä.
Aksiaalisen jatkoputkiyksikön generaattori asennetaan vesikanavan ulkopuolelle ja generaattori on yhdistetty vesiturbiiniin pitkällä kaltevalla akselilla tai vaakasuoralla akselilla. Tämän akselijatkeen rakenne on yksinkertaisempi kuin sipulityyppisen.
4) Diagonaalivirtausturbiini. Diagonaalivirtausturbiinin rakenne ja koko ovat Francis-turbiinin ja aksiaalivirtausturbiinin välillä. Tärkein ero on se, että juoksupyörän lavan keskilinja on tietyssä kulmassa turbiinin keskilinjaan nähden. Rakenteellisten ominaisuuksien vuoksi yksikkö ei saa upota käytön aikana, joten aksiaalisiirtymän suojauslaite on asennettu toiseen rakenteeseen estämään lavan ja juoksupyörän kammion törmäys. Diagonaalivirtausturbiinin käyttökorkeusalue on 25–200 m.
Tällä hetkellä maailman suurin yksittäinen kaltevan pudotusturbiinin nimellislähtöteho on 215 MW (entinen Neuvostoliitto) ja suurin käyttökorkeus on 136 m (Japani).
Julkaisun aika: 1. syyskuuta 2021
