La turbina di contrattacco è un tipo di macchina idraulica che sfrutta la pressione del flusso d'acqua per convertire l'energia idrica in energia meccanica.
(1) Struttura. I principali componenti strutturali della turbina di contrattacco sono la girante, la camera di deviazione dell'acqua, il meccanismo di guida dell'acqua e il tubo di pescaggio.
1) Girante. La girante è una parte della turbina idraulica che converte l'energia del flusso d'acqua in energia meccanica rotante. A seconda della direzione di conversione dell'energia idrica, anche le strutture della girante delle varie turbine a controvento sono diverse. La girante della turbina Francis è composta da pale elicoidali aerodinamiche, corona, anello inferiore e altri componenti verticali principali; la girante della turbina a flusso assiale è composta da pale, corpo della girante, cono di drenaggio e altri componenti principali; la struttura della girante della turbina a flusso diagonale è più complessa. L'angolo di posizionamento delle pale può essere modificato in base alle condizioni di lavoro e abbinato all'apertura della paletta direzionale. L'asse di rotazione delle pale forma un angolo obliquo (45°-60°) rispetto all'asse della turbina.
2) Camera di deviazione dell'acqua. La sua funzione è quella di far fluire l'acqua in modo uniforme nel meccanismo di guida, ridurre le perdite di energia e migliorare l'efficienza della turbina. Le turbine di grandi e medie dimensioni utilizzano spesso volute metalliche a sezione circolare con salti superiori a 50 m e volute in calcestruzzo a sezione trapezoidale per quelle inferiori a 50 m.
3) Meccanismo di guida dell'acqua. È generalmente composto da un certo numero di pale di guida aerodinamiche e dai relativi meccanismi rotanti disposti uniformemente sulla periferia della girante. La sua funzione è quella di guidare il flusso d'acqua in modo uniforme nella girante e, regolando l'apertura della paletta, di modificare la portata della turbina in base al carico richiesto dal gruppo elettrogeno, e svolge anche la funzione di tenuta dell'acqua quando la paletta è completamente chiusa.
4) Tubo di aspirazione. Il flusso d'acqua all'uscita della girante contiene ancora una parte dell'energia in eccesso che non è stata utilizzata. Il ruolo del tubo di aspirazione è quello di recuperare questa parte di energia e scaricare l'acqua a valle. Il tubo di aspirazione si divide in due tipologie: a cono dritto e curvo. Il primo ha un elevato coefficiente energetico ed è generalmente adatto a piccole turbine orizzontali e tubolari; il secondo ha prestazioni idrauliche inferiori rispetto ai coni dritti, ma ha una profondità di scavo inferiore ed è ampiamente utilizzato in turbine di contrattacco di grandi e medie dimensioni.
(2) Classificazione. In base alla direzione assiale del flusso d'acqua attraverso la girante, la turbina a impatto si divide in una turbina Francis, una turbina a flusso diagonale, una turbina a flusso assiale e una turbina tubolare.
1) Turbina Francis. La turbina Francis (a flusso assiale radiale o Francis) è una turbina a controcorrente in cui l'acqua scorre radialmente dalla circonferenza della girante verso la direzione assiale. Questo tipo di turbina ha un'ampia gamma di salti applicabili (30-700 m), struttura semplice, volume ridotto e basso costo. La più grande turbina Francis entrata in funzione in Cina è la centrale idroelettrica di Ertan, con una potenza nominale di 582 MW e una potenza massima di 621 MW.
2) Turbina a flusso assiale. La turbina a flusso assiale è una turbina a controcorrente in cui l'acqua entra dalla direzione assiale e fuoriesce dalla girante nella stessa direzione. Questo tipo di turbina si divide in due tipologie: a pale fisse (a vite) e rotativa (a Kaplan). Le pale della prima sono fisse, mentre quelle della seconda possono ruotare. La capacità di passaggio dell'acqua della turbina a flusso assiale è maggiore di quella della turbina Francis. Poiché le pale della turbina a pale possono cambiare posizione al variare del carico, hanno una maggiore efficienza in un'ampia gamma di variazioni di carico. Le prestazioni anticavitazione e la resistenza meccanica della turbina a flusso assiale sono inferiori a quelle della turbina Francis, e anche la struttura è più complessa. Attualmente, il salto applicabile di questo tipo di turbina ha raggiunto gli 80 m o più.
3) Turbina tubolare. Il flusso d'acqua di questo tipo di turbina idraulica fuoriesce assialmente dalla girante e non c'è rotazione a monte e a valle della girante. L'intervallo di prevalenza di utilizzo è compreso tra 3 e 20. La fusoliera presenta i vantaggi di un'altezza ridotta, buone condizioni di flusso d'acqua, elevata efficienza, minori opere di ingegneria civile, bassi costi, nessuna necessità di volute e tubi di aspirazione curvi, e più bassa è la prevalenza, più evidenti sono i vantaggi.
Le turbine tubolari si dividono in due tipologie: a flusso pieno e a flusso semi-attraverso, a seconda del tipo di collegamento al generatore e della modalità di trasmissione. Le turbine a flusso semi-attraverso si dividono ulteriormente in turbine a bulbo, ad albero e ad albero prolungato. Tra queste, anche le turbine ad albero prolungato si dividono in due tipologie: ad asse obliquo e ad asse orizzontale. Attualmente, le turbine tubolari a bulbo, ad albero prolungato e ad albero verticale, le più diffuse, sono impiegate principalmente in piccole unità. Negli ultimi anni, le turbine ad albero prolungato sono state utilizzate anche in unità di grandi e medie dimensioni.
Il generatore dell'unità tubolare con prolungamento dell'albero è installato all'esterno del canale navigabile ed è collegato alla turbina tramite un albero inclinato più lungo o un albero orizzontale. Questa struttura di prolungamento dell'albero è più semplice di quella a bulbo.
4) Turbina a flusso diagonale. La struttura e le dimensioni della turbina a flusso diagonale (detta anche diagonale) si collocano tra la turbina a flusso misto e quella a flusso assiale. La differenza principale è che l'asse delle pale della girante forma un certo angolo rispetto all'asse della turbina. Grazie alle caratteristiche strutturali, l'unità non può affondare durante il funzionamento, pertanto nella seconda struttura è installato un dispositivo di protezione del segnale di spostamento assiale per prevenire incidenti dovuti alla collisione tra le pale e la camera di rotazione. Il campo di prevalenza di utilizzo della turbina a flusso diagonale è compreso tra 25 e 200 m.
Data di pubblicazione: 19 ottobre 2021
