De tegenaanvalsturbine is een soort hydraulische machine die de druk van de waterstroom gebruikt om waterenergie om te zetten in mechanische energie.
(1) Structuur. De belangrijkste structurele componenten van de tegenaanvalsturbine zijn de rotor, de wateromleidingskamer, het watergeleidingsmechanisme en de aanzuigbuis.
1) Loopwiel. Het loopwiel is een onderdeel van de waterturbine dat de energie van de waterstroom omzet in roterende mechanische energie. Afhankelijk van de richting van de waterenergieomzetting, verschillen de loopwielstructuren van de verschillende turbines. Het loopwiel van een Francis-turbine bestaat uit gestroomlijnde, gedraaide bladen, een kroon, een onderring en andere belangrijke verticale componenten; het loopwiel van een axiale turbine bestaat uit bladen, een loopwiellichaam, een afvoerkegel en andere belangrijke componenten; de loopwielstructuur van een diagonale turbine is complexer. De hoek van de bladen kan worden aangepast aan de bedrijfsomstandigheden en afgestemd op de opening van de geleideschoepen. De rotatieas van de bladen staat onder een hoek (45°-60°) ten opzichte van de turbine-as.
2) Wateromleidingskamer. De functie hiervan is om het water gelijkmatig naar het watergeleidingsmechanisme te leiden, energieverlies te verminderen en het rendement van de turbine te verbeteren. Grote en middelgrote turbines gebruiken vaak metalen spiraalvormige voluten met een ronde doorsnede bij opvoerhoogtes boven de 50 meter, en betonnen voluten met een trapeziumvormige doorsnede bij opvoerhoogtes onder de 50 meter.
3) Watergeleidingsmechanisme. Dit bestaat doorgaans uit een aantal gestroomlijnde geleideschoepen en hun roterende mechanismen, gelijkmatig verdeeld over de omtrek van de rotor. De functie ervan is om de waterstroom gelijkmatig naar de rotor te leiden en, door de opening van de geleideschoepen aan te passen, de doorstroomsnelheid van de turbine te wijzigen om aan de belastingseisen van de generator te voldoen. Het mechanisme zorgt er tevens voor dat de turbine waterdicht is wanneer de schoepen volledig gesloten zijn.
4) Aanzuigbuis. De waterstroom aan de uitlaat van de rotor bevat nog een deel van de overtollige energie die niet is gebruikt. De aanzuigbuis heeft als functie dit deel van de energie terug te winnen en het water stroomafwaarts af te voeren. Aanzuigbuizen zijn er in twee typen: rechte kegels en gebogen buizen. De eerste heeft een hoge energiecoëfficiënt en is over het algemeen geschikt voor kleine horizontale en buisvormige turbines; de tweede heeft een lager hydraulisch rendement dan rechte kegels, maar een kleinere indringdiepte en wordt veel gebruikt in grote en middelgrote tegenstroomturbines.
(2) Classificatie. Afhankelijk van de axiale richting van de waterstroom door de rotor wordt de impactturbine onderverdeeld in een Francis-turbine, een diagonale stroomturbine, een axiale stroomturbine en een buisturbine.
1) Francis-turbine. Een Francis-turbine (radiale axiale stroming of Francis) is een tegenstroomturbine waarbij het water radiaal stroomt, van de omtrek van de rotor naar de axiale richting. Dit type turbine heeft een breed toepassingsbereik qua valhoogte (30-700 m), een eenvoudige constructie, een klein volume en lage kosten. De grootste Francis-turbine die in China in gebruik is genomen, is die van de waterkrachtcentrale van Ertan, met een nominaal vermogen van 582 MW en een maximaal vermogen van 621 MW.
2) Axiale turbine. De axiale turbine is een turbine waarbij het water vanuit de axiale richting de rotor instroomt en er in dezelfde richting weer uitstroomt. Dit type turbine is onderverdeeld in twee typen: met vaste bladen (schroefturbine) en met roterende bladen (Kaplan-turbine). Bij de schroefturbine zijn de bladen vast, terwijl ze bij de Kaplan-turbine kunnen roteren. De waterdoorvoercapaciteit van de axiale turbine is groter dan die van de Francis-turbine. Omdat de bladen van de schroefturbine van positie kunnen veranderen met de belasting, heeft deze een hoger rendement over een breed belastingbereik. De anticavitatieprestaties en de mechanische sterkte van de axiale turbine zijn minder goed dan die van de Francis-turbine, en de constructie is ook complexer. Momenteel kan dit type turbine een valhoogte van 80 meter of meer bereiken.
3) Buisvormige turbine. Bij dit type waterturbine stroomt het water axiaal uit de rotor, zonder rotatie voor of na de rotor. Het werkingsbereik van de valhoogte is 3-20 m/s. De turbine heeft als voordelen een geringe hoogte, goede waterstroming, hoog rendement, minder bouwkundige werkzaamheden, lage kosten, geen spiraalvormige behuizingen of gebogen aanzuigbuizen nodig, en hoe lager de valhoogte, hoe duidelijker de voordelen.
Buisturbines worden, afhankelijk van de generatoraansluiting en de transmissiemodus, onderverdeeld in twee typen: volstroom- en halfstroomturbines. Halfstroomturbines worden verder onderverdeeld in bulb-, as- en asverlengingsturbines. Binnen de asverlengingsturbines zijn er weer twee varianten: met een schuine as en met een horizontale as. Momenteel worden de bulb-, asverlengings- en verticale asturbines het meest gebruikt in kleine installaties. De laatste jaren wordt het astype ook steeds vaker toegepast in grote en middelgrote installaties.
De generator van de buisvormige asverlengingseenheid is buiten het waterkanaal geïnstalleerd en is via een langere, schuine of horizontale as met de turbine verbonden. Deze asverlengingsconstructie is eenvoudiger dan het bulb-type.
4) Diagonale turbine. De structuur en afmetingen van de diagonale turbine (ook wel diagonale turbine genoemd) liggen tussen die van de gemengde turbine en de axiale turbine in. Het belangrijkste verschil is dat de hartlijn van de rotorbladen een bepaalde hoek maakt met de hartlijn van de turbine. Vanwege de structurele eigenschappen mag de turbine tijdens bedrijf niet zinken. Daarom is er een beveiliging tegen axiale verplaatsing in de tweede structuur geïnstalleerd om botsingen tussen de bladen en de rotorkamer te voorkomen. De diagonale turbine kan worden gebruikt bij een opvoerhoogte van 25 tot 200 meter.
Geplaatst op: 19 oktober 2021
