Protuturbina je vrsta hidrauličkog stroja koji koristi tlak vodenog toka za pretvaranje energije vode u mehaničku energiju.
(1) Struktura. Glavne strukturne komponente protuturbine su rotor, komora za preusmjeravanje vode, mehanizam za vođenje vode i usisna cijev.
1) Rotor. Rotor je dio vodne turbine koji pretvara energiju protoka vode u mehaničku energiju rotacije. Ovisno o smjeru pretvorbe energije vode, strukture rotora različitih protuturbina također se razlikuju. Rotor Francisove turbine sastoji se od aerodinamičnih uvijenih lopatica, krune i donjeg prstena te drugih glavnih vertikalnih komponenti; rotor aksijalne turbine sastoji se od lopatica, tijela rotora i odvodnog konusa te drugih glavnih komponenti: struktura rotora dijagonalne turbine je složenija. Kut postavljanja lopatica može se mijenjati ovisno o radnim uvjetima i uskladiti s otvorom vodeće lopatice. Središnja linija rotacije lopatica je pod kosim kutom (45°-60°) u odnosu na os turbine.
2) Komora za preusmjeravanje vode. Njena je funkcija osigurati ravnomjeran protok vode u mehanizam za usmjeravanje vode, smanjiti gubitak energije i poboljšati učinkovitost turbine. Velike i srednje turbine često koriste metalne volute kružnog presjeka s glavama iznad 50 m, a betonske volute trapezoidnog presjeka za one ispod 50 m.
3) Mehanizam za vođenje vode. Općenito se sastoji od određenog broja aerodinamičnih usmjeravajućih lopatica i njihovih rotirajućih mehanizama ravnomjerno raspoređenih po obodu rotora. Njegova je funkcija ravnomjerno usmjeravanje protoka vode u rotor i podešavanjem otvora usmjeravajućih lopatica mijenjanje protoka turbine kako bi se zadovoljili zahtjevi opterećenja generatorskog agregata, a također igra ulogu brtvljenja vode kada je potpuno zatvoren.
4) Propusna cijev. Protok vode na izlazu iz rotora još uvijek sadrži dio viška energije koji nije iskorišten. Uloga propusne cijevi je povratiti taj dio energije i ispustiti vodu nizvodno. Propusna cijev se dijeli na dvije vrste, ravne konusne i zakrivljene. Prva ima veliki energetski koeficijent i općenito je prikladna za male horizontalne i cjevaste turbine; druga ima niže hidrauličke performanse od ravnih konusa, ali ima manju dubinu kopanja i široko se koristi u velikim i srednjim protuturbinama.
(2) Klasifikacija. Prema aksijalnom smjeru strujanja vode kroz rotor, udarna turbina se dijeli na Francisovu turbinu, turbinu s dijagonalnim protokom, aksijalnu turbinu i cjevastu turbinu.
1) Francisova turbina. Francisova (radijalno-aksijalna ili Francisova) turbina je turbina s protunapadnim djelovanjem u kojoj voda teče radijalno od oboda rotora prema aksijalnom smjeru. Ova vrsta turbine ima širok raspon primjenjivih padova (30-700 m), jednostavnu strukturu, mali volumen i nisku cijenu. Najveća Francisova turbina koja je puštena u pogon u Kini je hidroelektrana Ertan, s nazivnom izlaznom snagom od 582 MW i maksimalnom izlaznom snagom od 621 MW.
2) Aksijalna turbina. Aksijalna turbina je protuturbina u koju voda ulazi iz aksijalnog smjera i izlazi iz rotora u aksijalnom smjeru. Ova vrsta turbine podijeljena je u dvije vrste: s fiksnim lopaticama (vijak) i rotacijskim (Kaplan). Lopatice prve su fiksne, a lopatice druge se mogu rotirati. Kapacitet protoka vode aksijalne turbine veći je od Francisove turbine. Budući da lopatice lopatice turbine mogu mijenjati položaj s promjenama opterećenja, imaju veću učinkovitost u širokom rasponu promjena opterećenja. Antikavitacijska performansa i mehanička čvrstoća aksijalne turbine lošije su od Francisove turbine, a struktura je također složenija. Trenutno je primjenjivi pad ove vrste turbine dosegao 80 m ili više.
3) Cijevna turbina. Protok vode kod ove vrste vodene turbine aksijalno teče iz rotora i nema rotacije prije i poslije rotora. Raspon iskorištenja tlaka je 3-20. Trup ima prednosti male visine, dobrih uvjeta protoka vode, visoke učinkovitosti, manje građevinskih radova, niske cijene, nema potrebe za spiralama i zakrivljenim cijevima za gašenje, a što je tlak niži, to su prednosti očitije.
Cijevne turbine se dijele na dvije vrste: protočne i poluprotočne prema priključku generatora i načinu prijenosa. Poluprotočne turbine se dalje dijele na turbine s kuglicom, turbine s produžetkom osovine i turbine s produžetkom osovine. Među njima, turbine s produžetkom osovine također se dijele na dvije vrste. Postoje turbine s kosom osi i turbine s horizontalnom osi. Trenutno se najčešće koriste turbine s kuglicom, turbine s produžetkom osovine i turbine s vertikalnom osovinom, uglavnom u malim jedinicama. Posljednjih godina turbine s osovinom se koriste i u velikim i srednjim jedinicama.
Generator cjevaste jedinice za produženje osovine postavljen je izvan plovnog puta, a generator je spojen na turbinu duljim nagnutim vratilom ili horizontalnim vratilom. Ova vrsta konstrukcije produžetka osovine jednostavnija je od vrste žarulje.
4) Turbina s dijagonalnim protokom. Struktura i veličina turbine s dijagonalnim protokom (također se naziva dijagonalna turbina) su između turbine s miješanim protokom i aksijalnim protokom. Glavna razlika je u tome što je središnja linija lopatica rotora pod određenim kutom u odnosu na središnju liniju turbine. Zbog strukturnih karakteristika, jedinica ne smije tonuti tijekom rada, pa je u drugu strukturu ugrađen uređaj za zaštitu od signala aksijalnog pomaka kako bi se spriječile nezgode u kojima se lopatice i komora rotora sudaraju. Raspon iskorištenja tlaka turbine s dijagonalnim protokom je 25～200 m.
Vrijeme objave: 19. listopada 2021.
