역공 터빈은 물의 흐름 압력을 이용하여 물의 에너지를 기계 에너지로 변환하는 수력 기계의 일종입니다.
(1) 구조. 역공격 터빈의 주요 구조 구성 요소는 러너, 물 전환실, 물 유도 메커니즘 및 드래프트 튜브입니다.
1) 러너. 러너는 수력 터빈에서 물의 흐름 에너지를 회전하는 기계 에너지로 변환하는 부분입니다. 수력 에너지 변환 방향에 따라 다양한 수력 터빈의 러너 구조도 다릅니다. 프랜시스 터빈의 러너는 유선형 나선형 블레이드, 크라운, 하부 링 및 기타 주요 수직 구성 요소로 구성됩니다. 축류 터빈의 러너는 블레이드, 러너 본체, 드레인 콘 및 기타 주요 구성 요소로 구성됩니다. 사류 터빈의 러너 구조는 더욱 복잡합니다. 블레이드 배치 각도는 작동 조건에 따라 변경될 수 있으며 가이드 베인의 개도와 일치하도록 조정됩니다. 블레이드 회전 중심선은 터빈 축에 대해 비스듬한 각도(45°~60°)를 이룹니다.
2) 물 분배실. 이 장치의 기능은 물이 물 유도 장치로 고르게 흐르도록 하여 에너지 손실을 줄이고 터빈의 효율을 향상시키는 것입니다. 대형 및 중형 터빈은 낙차가 50m 이상일 경우 원형 단면의 금속 볼류트를, 50m 미만일 경우 사다리꼴 단면의 콘크리트 볼류트를 사용하는 경우가 많습니다.
3) 물 유도 메커니즘. 일반적으로 러너 둘레에 고르게 배치된 일정 수의 유선형 유도 날개와 그 회전 메커니즘으로 구성됩니다. 이 메커니즘의 기능은 물의 흐름을 러너로 고르게 유도하고, 유도 날개의 개도 조절을 통해 터빈의 유량을 발전기의 부하 요구량에 맞게 변경하는 것입니다. 또한, 완전히 닫혔을 때는 물을 밀봉하는 역할도 합니다.
4) 드래프트 튜브. 러너 출구의 물 흐름에는 아직 사용되지 않은 잉여 에너지가 일부 남아 있습니다. 드래프트 튜브는 이 잉여 에너지를 회수하여 하류로 배출하는 역할을 합니다. 드래프트 튜브는 직선 원뿔형과 곡선형 두 가지 유형으로 나뉩니다. 직선 원뿔형은 에너지 계수가 커서 일반적으로 소형 수평형 및 관형 터빈에 적합하고, 곡선형은 직선 원뿔형보다 수력 성능은 떨어지지만 굴착 깊이가 짧아 대형 및 중형 역풍력 터빈에 널리 사용됩니다.
(2) 분류. 러너를 통과하는 물의 흐름의 축 방향에 따라 충격 터빈은 프랜시스 터빈, 대각선 흐름 터빈, 축류 터빈 및 관형 터빈으로 나뉜다.
1) 프랜시스 터빈. 프랜시스(방사형 축류형 또는 프랜시스) 터빈은 러너의 원주에서 축 방향으로 물이 방사형으로 흐르는 역공격형 터빈입니다. 이 터빈은 적용 가능한 낙차 범위가 넓고(30~700m), 구조가 간단하며, 부피가 작고 비용이 저렴합니다. 중국에서 가동 중인 가장 큰 프랜시스 터빈은 정격 출력 582MW, 최대 출력 621MW의 얼탄 수력 발전소입니다.
2) 축류 터빈. 축류 터빈은 물이 축 방향으로 유입되어 러너를 통해 축 방향으로 유출되는 역공격형 터빈입니다. 이 터빈은 고정날개형(스크류형)과 회전날개형(카플란형)으로 나뉩니다. 고정날개형은 날개가 고정되어 있고, 카플란형은 날개가 회전할 수 있습니다. 축류 터빈의 유량은 프랜시스 터빈보다 많습니다. 날개의 위치가 부하 변화에 따라 변할 수 있기 때문에 넓은 부하 변화 범위에서 높은 효율을 나타냅니다. 그러나 축류 터빈은 캐비테이션 방지 성능과 기계적 강도가 프랜시스 터빈보다 떨어지고 구조도 더 복잡합니다. 현재 이 터빈의 적용 낙차는 80m 이상에 달합니다.
3) 관형 터빈. 이 유형의 수력 터빈은 물의 흐름이 러너를 통해 축 방향으로 흐르며, 러너 전후에는 회전이 없습니다. 이용 수두 범위는 3~20m입니다. 동체 높이가 낮고, 물 흐름 조건이 양호하며, 효율이 높고, 토목 공사가 적게 필요하고, 비용이 저렴하며, 볼류트와 곡선형 드래프트 튜브가 필요 없다는 장점이 있습니다. 수두가 낮을수록 이러한 장점이 더욱 두드러집니다.
관형 터빈은 발전기 연결 방식 및 송전 방식에 따라 전류형과 반류형으로 나뉩니다. 반류형 터빈은 다시 벌브형, 축형, 축연형으로 구분됩니다. 축연형은 축형에도 경사축형과 수평축형으로 나뉩니다. 현재 가장 널리 사용되는 벌브형 관형 터빈은 축연형과 수직축형으로, 주로 소형 발전소에 사용됩니다. 최근에는 축연형이 대형 및 중형 발전소에도 적용되고 있습니다.
축 연장형 튜브형 발전기는 수로 외부에 설치되며, 더 긴 경사축 또는 수평축을 통해 터빈에 연결됩니다. 이러한 축 연장형 구조는 벌브형보다 구조가 간단합니다.
4) 사선류 터빈. 사선류(또는 대각선류) 터빈은 구조와 크기가 혼합류와 축류의 중간 형태이다. 주요 차이점은 러너 블레이드의 중심선이 터빈 중심선과 일정한 각도를 이룬다는 점이다. 이러한 구조적 특성으로 인해 운전 중 터빈이 가라앉으면 안 되므로, 블레이드와 러너 챔버의 충돌 사고를 방지하기 위해 두 번째 구조물에 축 방향 변위 신호 보호 장치가 설치된다. 사선류 터빈의 이용 수두 범위는 25~200m이다.
게시 시간: 2021년 10월 19일
