Een reactieturbine is een hydraulisch apparaat dat hydraulische energie omzet in mechanische energie door gebruik te maken van de druk van stromend water.
(1) Structuur. De belangrijkste structurele componenten van de reactieturbine zijn de loper, de hoofdloopkamer, het watergeleidingsmechanisme en de trekbuis.
1) De loper. De loper is een onderdeel van een hydraulische turbine dat waterstroomenergie omzet in roterende mechanische energie. Afhankelijk van de richting van de waterenergieomzetting, verschillen ook de loperstructuren van verschillende reactieturbines. De loper van een Francis-turbine bestaat uit gestroomlijnde, gedraaide schoepen, een wielkroon en een onderste ring. De loper van een axiale turbine bestaat uit schoepen, een loperlichaam, een afvoerkegel en andere hoofdcomponenten. De structuur van de loper van een hellende turbine is complex. De plaatsingshoek van de schoepen kan variëren afhankelijk van de werkomstandigheden en overeenkomen met de opening van de leischoep. De rotatiemiddellijn van de schoepen vormt een schuine hoek (45° ~ 60°) met de as van de turbine.
2) Bovenloopkamer. Deze heeft als functie om het water gelijkmatig naar het watergeleidingsmechanisme te laten stromen, energieverlies te verminderen en de efficiëntie van de waterturbine te verbeteren. Metalen spiraalbehuizingen met een ronde doorsnede worden vaak gebruikt voor grote en middelgrote waterturbines met een wateropvoerhoogte van meer dan 50 m, en betonnen spiraalbehuizingen met een trapeziumvormige doorsnede worden vaak gebruikt voor turbines met een wateropvoerhoogte van minder dan 50 m.
3) Watergeleidingsmechanisme. Dit bestaat doorgaans uit een aantal gestroomlijnde geleideschoepen en hun roterende mechanismen, die gelijkmatig over de omtrek van de geleider zijn geplaatst. Het mechanisme heeft als functie de waterstroom gelijkmatig naar de geleider te geleiden en de doorstroming van de hydraulische turbine te veranderen door de opening van de geleideschoep aan te passen aan de belastingsvereisten van de generator. Het mechanisme vervult tevens een waterdichte functie wanneer het volledig gesloten is.
4) Trekbuis. Een deel van de resterende energie in de waterstroom bij de uitlaat van de goot is niet benut. De functie van de trekbuis is om deze energie terug te winnen en het water stroomafwaarts af te voeren. Trekbuis kan worden onderverdeeld in een rechte kegelvorm en een gebogen vorm. De eerste heeft een hoge energiecoëfficiënt en is over het algemeen geschikt voor kleine horizontale en buisvormige turbines; hoewel de hydraulische prestaties van de laatste niet zo goed zijn als die van de rechte kegel, is de uitgraafdiepte klein en wordt deze veel gebruikt in grote en middelgrote reactieturbines.
,
(2) Classificatie. De reactieturbine wordt onderverdeeld in Francis-turbines, diagonale turbines, axiale turbines en buisturbines, afhankelijk van de richting waarin het water door het schachtoppervlak van de turbine stroomt.
1) Francis-turbine. De Francis-turbine (radiale axiale stroming of Francis-turbine) is een soort reactieturbine waarin water radiaal rond de geleider stroomt en axiaal stroomt. Dit type turbine heeft een breed bereik aan opvoerhoogtes (30 tot 700 m), een eenvoudige constructie, een klein volume en lage kosten. De grootste Francis-turbine die in China in gebruik is genomen, is de turbine van de Ertan-waterkrachtcentrale, met een nominaal vermogen van 582 MW en een maximaal vermogen van 621 MW.
2) Axiale turbine. Axiale turbine is een soort reactieturbine waarbij water axiaal in en uit de turbine stroomt. Dit type turbine wordt onderverdeeld in een vast propellertype (schroeftype) en een roterend propellertype (Kaplan-type). De bladen van de eerstgenoemde zijn vast en de bladen van de laatstgenoemde kunnen roteren. De afvoercapaciteit van een axiale turbine is groter dan die van een Francis-turbine. Omdat de bladpositie van de rotorturbine kan veranderen met de belasting, heeft deze een hoog rendement bij een groot belastingsbereik. De cavitatieweerstand en mechanische sterkte van een axiale turbine zijn slechter dan die van een Francis-turbine, en de constructie is ook complexer. Momenteel bedraagt de bruikbare opvoerhoogte van dit type turbine meer dan 80 m.
3) Buisvormige turbine. De waterstroom van dit type turbine stroomt axiaal van de axiale stroming naar de geleider, zonder rotatie voor en na de geleider. Het bereik van de opvoerhoogte is 3 tot 20 graden. De turbine heeft de volgende voordelen: een kleine romphoogte, goede waterstroomomstandigheden, een hoge efficiëntie, een lage bouwkosten, lage kosten, geen spiraal en een gebogen trekbuis, en hoe lager de opvoerhoogte, hoe duidelijker de voordelen.
Afhankelijk van de aansluiting en transmissiemethode van de generator, wordt de buisturbine onderverdeeld in een volledig buisvormig en een halfbuisvormig type. Het halfbuistype wordt verder onderverdeeld in een bolvormig type, een astype en een asverlenging. Het type met asverlenging wordt onderverdeeld in een schuine as en een horizontale as. De meest gebruikte types zijn momenteel het bolvormige buistype, het asverlengingtype en het astype. Deze worden vooral gebruikt voor kleine units. De laatste jaren wordt het astype ook gebruikt voor grote en middelgrote units.
De generator van de axiale verlengbuiseenheid is buiten het waterkanaal geïnstalleerd en is met een lange schuine as of horizontale as verbonden met de waterturbine. De constructie van dit type asverlenging is eenvoudiger dan die van het bolvormige type.
4) Diagonale turbine. De structuur en afmetingen van de diagonale turbine (ook wel diagonaalturbine genoemd) liggen tussen die van de Francis-turbine en de axiale turbine. Het belangrijkste verschil is dat de hartlijn van het rotorblad een bepaalde hoek maakt met de hartlijn van de turbine. Vanwege de structurele eigenschappen van de turbine kan deze tijdens bedrijf niet zakken. Daarom is in de tweede structuur een beveiliging tegen axiale verplaatsing geïnstalleerd om botsingen tussen het blad en de rotorkamer te voorkomen. Het opvoerhoogtebereik van de diagonale turbine bedraagt 25 tot 200 m.
Momenteel bedraagt het grootste enkelvoudige uitgangsvermogen van een hellende turbine ter wereld 215 MW (voormalige Sovjet-Unie) en is de hoogste benuttingshoogte 136 m (Japan).
Plaatsingstijd: 1 september 2021
