반응 터빈은 물의 흐름의 압력을 이용하여 유압 에너지를 기계 에너지로 변환하는 일종의 유압 기계입니다.
(1) 구조. 반응 터빈의 주요 구조 구성 요소는 런너, 헤드레이스 챔버, 워터 가이드 메커니즘 및 드래프트 튜브로 구성됩니다.
1) 러너. 러너는 수력 터빈의 구성 요소로, 물의 흐름 에너지를 회전하는 기계 에너지로 변환합니다. 물의 에너지 변환 방향에 따라 다양한 반응 터빈의 러너 구조도 다릅니다. 프랜시스 터빈 러너는 유선형의 꼬인 블레이드, 휠 크라운, 하부 링으로 구성됩니다. 축류 터빈 러너는 블레이드, 러너 본체, 배출 콘 및 기타 주요 구성 요소로 구성됩니다. 경사류 터빈 러너는 구조가 복잡합니다. 블레이드의 배치 각도는 작동 조건에 따라 달라질 수 있으며, 가이드 베인의 개구부에 맞춰 조정될 수 있습니다. 블레이드 회전 중심선은 터빈 축과 비스듬한 각도(45° ~ 60°)를 이룹니다.
2) 헤드레이스 챔버. 헤드레이스 챔버의 기능은 물이 가이드 메커니즘으로 고르게 흐르도록 하여 에너지 손실을 줄이고 수력 터빈의 효율을 향상시키는 것입니다. 원형 단면의 금속 나선형 케이스는 수두가 50m 이상인 대형 및 중형 수력 터빈에 자주 사용되고, 사다리꼴 단면의 콘크리트 나선형 케이스는 수두가 50m 미만인 터빈에 자주 사용됩니다.
3) 물 가이드 메커니즘. 일반적으로 러너 주변에 균일하게 배치된 여러 개의 유선형 가이드 베인과 그 회전 메커니즘으로 구성됩니다. 이 메커니즘의 기능은 물의 흐름을 러너로 균등하게 유도하고, 가이드 베인의 개도를 조절하여 수력 터빈의 통과 유량을 변화시켜 발전기 유닛의 부하 요구 사항을 충족시키는 것입니다. 또한 완전히 닫혔을 때 물을 차단하는 역할도 합니다.
4) 흡출관. 러너 출구에서 흐르는 물의 잔여 에너지 중 일부는 활용되지 않습니다. 흡출관의 기능은 이 에너지를 회수하여 하류로 배출하는 것입니다. 흡출관은 직선 원뿔형과 곡선형으로 나눌 수 있습니다. 직선 원뿔형은 에너지 계수가 크고 일반적으로 소형 수평 및 관형 터빈에 적합합니다. 곡선형은 직선 원뿔형만큼 수리 성능이 좋지는 않지만 굴착 깊이가 얕아 중대형 반응 터빈에 널리 사용됩니다.
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(2) 분류. 반동 터빈은 러너의 축 표면을 통과하는 물의 흐름 방향에 따라 프랜시스 터빈, 대각선 터빈, 축 터빈 및 관형 터빈으로 구분됩니다.
1) 프랜시스 터빈. 프랜시스(방사형 축류 또는 프랜시스) 터빈은 물이 러너를 중심으로 방사형으로 흐르고 축방향으로 흐르는 일종의 반작용 터빈입니다. 이 터빈은 적용 양정 범위가 넓고(30~700m), 구조가 간단하며, 부피가 작고 비용이 저렴합니다. 중국에서 가동 중인 가장 큰 프랜시스 터빈은 얼탄 수력 발전소의 터빈으로, 정격 출력은 582MW, 최대 출력은 621MW입니다.
2) 축류 터빈. 축류 터빈은 물이 러너(runner)를 축방향으로 드나드는 반작용 터빈의 일종입니다. 이 터빈은 고정 프로펠러형(스크류 프로펠러형)과 회전 프로펠러형(카플란형)으로 나뉩니다. 전자는 날개가 고정되어 있고, 후자는 날개가 회전할 수 있습니다. 축류 터빈의 토출 용량은 프랜시스 터빈보다 큽니다. 로터 터빈은 부하 변화에 따라 날개 위치가 변경될 수 있기 때문에 넓은 부하 변화 범위에서 높은 효율을 보입니다. 축류 터빈은 캐비테이션 저항과 기계적 강도가 프랜시스 터빈보다 낮고 구조도 복잡합니다. 현재 이 터빈의 적용 양정은 80m 이상에 달합니다.
3) 관형 터빈. 이 터빈의 수류는 축류에서 러너까지 축방향으로 흐르며, 러너 전후에는 회전이 없습니다. 이용 수두 범위는 3~20입니다. 동체 높이가 낮고, 수류 조건이 양호하며, 효율이 높고, 토목 공사량이 적고, 비용이 저렴하며, 볼류트 및 곡선형 흡출관이 없다는 장점이 있습니다. 수두가 낮을수록 그 장점이 더욱 두드러집니다.
관형 터빈은 발전기의 연결 및 전달 방식에 따라 전관형과 반관형으로 구분됩니다. 반관형은 벌브형, 샤프트형, 샤프트 연장형으로 세분되며, 이 중 샤프트 연장형은 경사형과 수평형으로 구분됩니다. 현재 가장 널리 사용되는 것은 벌브형, 샤프트 연장형, 샤프트형이며, 주로 소형 유닛에 사용됩니다. 최근에는 대형 및 중형 유닛에도 샤프트형이 사용되고 있습니다.
축 연장 관형 유닛의 발전기는 수로 외부에 설치되며, 발전기는 긴 경사축 또는 수평축을 통해 수차와 연결됩니다. 이 축 연장형은 전구형보다 구조가 간단합니다.
4) 사류 터빈. 사류 터빈(대각류 터빈이라고도 함)의 구조와 크기는 프랜시스 터빈과 축류 터빈의 중간 형태입니다. 주요 차이점은 러너 블레이드의 중심선이 터빈 중심선과 일정 각도를 이룬다는 것입니다. 구조적 특성으로 인해 작동 중 장치가 가라앉지 않으므로, 블레이드와 러너 챔버의 충돌을 방지하기 위해 두 번째 구조물에 축 방향 변위 신호 보호 장치가 설치됩니다. 사류 터빈의 사용 양정 범위는 25~200m입니다.
현재 세계에서 가장 큰 경사형 터빈의 정격 출력은 215MW(구소련)이고, 가장 높은 이용 낙차는 136m(일본)입니다.
게시 시간: 2021년 9월 1일
