La turbina di controffensiva è un tipo di macchina idraulica che utilizza la pressione del flusso d'acqua per convertire l'energia idrica in energia meccanica.
(1) Struttura. I componenti strutturali principali della turbina di controffensiva sono la girante, la camera di deviazione dell'acqua, il meccanismo di guida dell'acqua e il tubo di aspirazione.
1) Girante. La girante è una parte della turbina idraulica che converte l'energia del flusso d'acqua in energia meccanica rotazionale. A seconda della direzione di conversione dell'energia dell'acqua, anche le strutture della girante delle varie turbine a controcorrente sono diverse. La girante di una turbina Francis è composta da pale aerodinamiche ritorte, corona e anello inferiore e altri componenti verticali principali; la girante di una turbina a flusso assiale è composta da pale, corpo della girante e cono di drenaggio e altri componenti principali; la struttura della girante di una turbina a flusso diagonale è più complessa. L'angolo di posizionamento delle pale può essere modificato in base alle condizioni di lavoro e adattato all'apertura delle pale direttrici. L'asse di rotazione delle pale è inclinato (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 idraulica, 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 per altezze superiori a 50 m, e volute in calcestruzzo a sezione trapezoidale per quelle al di sotto dei 50 m.
3) Meccanismo di guida dell'acqua. È generalmente composto da un certo numero di pale direttrici 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 all'interno della girante e, regolando l'apertura delle pale direttrici, di modificare la portata della turbina per soddisfare i requisiti di carico del gruppo elettrogeno; inoltre, quando è completamente chiuso, svolge anche la funzione di tenuta stagna.
4) Tubo di aspirazione. Il flusso d'acqua all'uscita della girante conserva ancora una parte dell'energia in eccesso non utilizzata. Il ruolo del tubo di aspirazione è quello di recuperare questa parte di energia e scaricare l'acqua a valle. I tubi di aspirazione si dividono in due tipi: conici e curvi. I primi hanno un elevato coefficiente energetico e sono generalmente adatti per piccole turbine orizzontali e tubolari; i secondi hanno prestazioni idrauliche inferiori rispetto ai coni dritti, ma una minore profondità di scavo e sono ampiamente utilizzati nelle turbine a controcorrente 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 turbina Francis, turbina a flusso diagonale, turbina a flusso assiale e 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 in direzione assiale. Questo tipo di turbina ha un'ampia gamma di dislivelli applicabili (30-700 m), una struttura semplice, un volume ridotto e un costo contenuto. La più grande turbina Francis attualmente in funzione in Cina è quella della 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 ed esce dalla girante nella direzione assiale. Questo tipo di turbina si divide in due tipologie: a pale fisse (tipo a vite) e a pale rotanti (tipo 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 in base alle variazioni di carico, essa presenta un'efficienza maggiore in un ampio intervallo 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 idraulico applicabile a questo tipo di turbina ha raggiunto gli 80 metri o più.
3) Turbina tubolare. Il flusso d'acqua di questo tipo di turbina idraulica fuoriesce assialmente dalla girante e non vi è rotazione prima e dopo la girante. Il dislivello di utilizzo è compreso tra 3 e 20 metri. La struttura tubolare presenta i vantaggi di un'altezza ridotta, buone condizioni di flusso dell'acqua, alta efficienza, minori opere civili, basso costo, non necessita di volute e tubi di scarico curvi, e i vantaggi sono più evidenti con dislivello minore.
Le turbine tubolari si dividono in due tipologie: a flusso passante totale e a flusso semipassante, a seconda del collegamento al generatore e della modalità di trasmissione. Le turbine a flusso semipassante si suddividono ulteriormente in tipo a bulbo, tipo ad albero e tipo ad albero allungato. Tra queste, il tipo ad albero allungato si suddivide a sua volta in due tipologie: ad asse obliquo e ad asse orizzontale. Attualmente, le tipologie più diffuse sono quelle a bulbo tubolare, ad albero allungato e ad albero verticale, utilizzate principalmente negli impianti di piccole dimensioni. Negli ultimi anni, il tipo ad albero ha iniziato a essere impiegato anche negli impianti di medie e grandi dimensioni.
Il generatore dell'unità tubolare con prolunga dell'albero è installato all'esterno del corso d'acqua ed è collegato alla turbina tramite un albero inclinato o orizzontale più lungo. Questa struttura con prolunga dell'albero è più semplice rispetto a quella con bulbo.
4) Turbina a flusso diagonale. La struttura e le dimensioni della turbina a flusso diagonale (detta anche diagonale) si collocano tra quelle di una turbina a flusso misto e di una a flusso assiale. La differenza principale risiede nel fatto che l'asse delle pale della girante forma un certo angolo con l'asse della turbina. A causa di queste caratteristiche strutturali, l'unità non può affondare durante il funzionamento, pertanto nella seconda struttura è installato un dispositivo di protezione contro lo spostamento assiale per prevenire incidenti dovuti alla collisione tra le pale e la camera di girante. Il dislivello utile della turbina a flusso diagonale è compreso tra 25 e 200 metri.
Data di pubblicazione: 19 ottobre 2021
