עקרון הפעולה והמאפיינים המבניים של זרימת כניסת המים של גנרטור טורבינת הנגד

טורבינת הנגד היא סוג של מנגנון הידראולי המשתמש בלחץ זרימת המים כדי להמיר אנרגיית מים לאנרגיה מכנית.

(1) מבנה. הרכיבים המבניים העיקריים של טורבינת הנגד הם הרץ, תא הסטת המים, מנגנון הכוונת המים וצינור השאיפה.
1) מסלול. המסלול הוא חלק מטורבינת המים הממיר את אנרגיית זרימת המים לאנרגיה מכנית מסתובבת. בהתאם לכיוון המרת אנרגיית המים, מבני המסלול של טורבינות נגד שונות גם הם שונים. מסלול טורבינת פרנסיס מורכב מלהבים מעוותים ויעילים, כתר וטבעת תחתונה ורכיבים אנכיים עיקריים אחרים; מסלול טורבינת זרימה צירית מורכב מלהבים, גוף מסלול וחרוט ניקוז ורכיבים עיקריים אחרים: מבנה מסלול טורבינת הזרימה האלכסונית מורכב יותר. ניתן לשנות את זווית מיקום הלהב בהתאם לתנאי העבודה ולהתאים אותה לפתיחת שבשבת ההנחיה. קו מרכז סיבוב הלהב נמצא בזווית אלכסונית (45°-60°) לציר הטורבינה.
2) תא הסטת מים. תפקידו לגרום למים לזרום באופן שווה לתוך מנגנון הובלת המים, להפחית אובדן אנרגיה ולשפר את יעילות הטורבינה. ​​טורבינות גדולות ובינוניות משתמשות לעתים קרובות בוולוטות מתכת בעלות חתך עגול עם ראשים מעל 50 מטר, ובוולוטות בטון בעלות חתך טרפזי עבור אלו מתחת ל-50 מטר.
3) מנגנון הנחיית מים. הוא מורכב בדרך כלל ממספר מסוים של כנפי הנחיה יעילות ומנגנוני סיבוב שלהם המסודרים באופן שווה על היקף המסלול. תפקידו הוא להנחות את זרימת המים באופן שווה לתוך המסלול, ועל ידי כוונון פתיחת הכנף, לשנות את קצב הזרימה של הטורבינה כדי לעמוד בדרישות העומס של סט הגנרטור, והוא גם ממלא תפקיד של איטום מים כאשר הוא סגור לחלוטין.
4) צינור משיכה. לזרימת המים ביציאת הצינור עדיין יש חלק מהאנרגיה העודפת שלא נוצלה. תפקידו של צינור המשיכה הוא להחזיר חלק זה של האנרגיה ולפלוט את המים במורד הזרם. צינור המשיכה מחולק לשני סוגים, חרוט ישר ומעוקל. לראשון מקדם אנרגיה גדול והוא מתאים בדרך כלל לטורבינות אופקיות וצינוריות קטנות; לאחרון ביצועים הידראוליים נמוכים יותר מאשר חרוטים ישרים, אך עומק החפירה שלו קטן יותר, והוא נמצא בשימוש נרחב בטורבינות נגד גדולות ובינוניות.

(2) סיווג. לפי כיוון הזרימה הצירית של המים דרך הרץ, טורבינת הפגיעה מחולקת לטורבינת פרנסיס, טורבינת זרימה אלכסונית, טורבינת זרימה צירית וטורבינת צינורות.
1) טורבינת פרנסיס. טורבינת פרנסיס (זרימה צירית רדיאלית או פרנסיס) היא טורבינת נגד שבה מים זורמים באופן רדיאלי מהיקף הצינור לכיוון הצירי. לסוג זה של טורבינה יש מגוון רחב של ראשי זרימה מתאימים (30-700 מטר), מבנה פשוט, נפח קטן ועלות נמוכה. טורבינת הפרנסיס הגדולה ביותר שהופעלה בסין היא תחנת הכוח ההידרואלקטרית ארטן, עם הספק תפוקה מדורג של 582 מגה-וואט והספק תפוקה מרבי של 621 מגה-וואט.
2) טורבינת זרימה צירית. טורבינת הזרימה הצירית היא טורבינת נגד שבה מים זורמים פנימה מכיוון הציר ויוצאים מהמסלול בכיוון הציר. סוג טורבינה זה מחולק לשני סוגים: סוג להב קבוע (סוג בורג) וסוג סיבובי (סוג קפלן). להבי הראשונה קבועים, ולהבי השנייה ניתנים לסיבוב. קיבולת מעבר המים של טורבינת הזרימה הצירית גדולה מזו של טורבינת פרנסיס. מכיוון שלהבי טורבינת ההנעה יכולים לשנות את מיקומם עם שינויים בעומס, יש להן יעילות גבוהה יותר במגוון רחב של שינויי עומס. ביצועי מניעת הקביטציה והחוזק המכני של טורבינת הזרימה הצירית גרועים מאלה של טורבינת פרנסיס, והמבנה גם מורכב יותר. כיום, גובה הסיבוב המתאים של טורבינה מסוג זה הגיע ל-80 מטר או יותר.
3) טורבינה צינורית. זרימת המים של טורבינת מים מסוג זה זורמת בצורה צירית החוצה מהציר, ואין סיבוב לפני ואחרי הציר. טווח גובה הניצול הוא 3-20. לגוף המטוס יתרונות של גובה קטן, תנאי זרימת מים טובים, יעילות גבוהה, פחות הנדסה אזרחית, עלות נמוכה, אין צורך בוולוטים ובצינורות דחיפה מעוקלים, וככל שגובה הדחיפה נמוך יותר, כך היתרונות ברורים יותר.
טורבינות צינוריות מחולקות לשני סוגים: טורבינות זרימה מלאה וטורבינות זרימה חצי-דרך בהתאם לחיבור הגנרטור ומצב ההולכה. טורבינות זרימה חצי-דרך מחולקות עוד לסוגים כמו נורה, סוג ציר וסוג הארכת ציר. ביניהם, סוג הארכת ציר מחולק גם הוא לשני סוגים. ישנם ציר אלכסוני וציר אופקי. כיום, סוג הנורה הצינורית הנפוץ ביותר, סוג הארכת ציר וסוג ציר אנכי משמשים בעיקר ביחידות קטנות. בשנים האחרונות, סוג הציר נמצא בשימוש גם ביחידות גדולות ובינוניות.
הגנרטור של יחידת הארכת הציר הצינורית מותקן מחוץ לנתיב המים, והגנרטור מחובר לטורבינה באמצעות ציר משופע ארוך יותר או ציר אופקי. מבנה מסוג הארכת ציר זה פשוט יותר מסוג הנורה.
4) טורבינת זרימה אלכסונית. מבנה וגודל טורבינת הזרימה האלכסונית (הנקראת גם אלכסונית) נמצאים בין הזרימה המעורבת לזרימה הצירית. ההבדל העיקרי הוא שקו המרכז של להבי הזרימה נמצא בזווית מסוימת לקו המרכז של הטורבינה. ​​בשל המאפיינים המבניים, היחידה אינה רשאית לשקוע במהלך הפעולה, לכן מותקן במבנה השני התקן הגנה מפני תזוזה צירית כדי למנוע תאונות של התנגשות הלהבים ותא הזרימה. טווח ניצול ראש הטורבינה האלכסונית הוא 25~200 מטר.