Turbina kontratakowa to rodzaj maszyny hydraulicznej, która wykorzystuje ciśnienie przepływu wody do zamiany energii wody na energię mechaniczną.
(1) Struktura. Głównymi elementami strukturalnymi turbiny przeciwnapadowej są wirnik, komora odwadniająca, mechanizm kierujący wodą i rura ssąca.
1) Wirnik. Wirnik jest częścią turbiny wodnej, która zamienia energię przepływu wody na energię mechaniczną. W zależności od kierunku konwersji energii wody, struktury wirników różnych turbin kontratakowych są również różne. Wirnik turbiny Francisa składa się z opływowych skręconych łopatek, korony i dolnego pierścienia oraz innych głównych elementów pionowych; wirnik turbiny o przepływie osiowym składa się z łopatek, korpusu wirnika i stożka spustowego oraz innych głównych elementów: struktura wirnika turbiny o przepływie diagonalnym jest bardziej złożona. Kąt umieszczenia łopatek można zmieniać w zależności od warunków pracy i dopasowywać do otworu łopatki kierującej. Linia środkowa obrotu łopatek znajduje się pod kątem skośnym (45°-60°) do osi turbiny.
2) Komora odwadniająca wodę. Jej funkcją jest równomierny przepływ wody do mechanizmu kierującego wodą, zmniejszenie strat energii i poprawa wydajności turbiny. Duże i średnie turbiny często wykorzystują metalowe woluty o przekroju kołowym z głowicami powyżej 50 m oraz betonowe woluty o przekroju trapezowym dla tych poniżej 50 m.
3) Mechanizm prowadzenia wody. Zazwyczaj składa się z pewnej liczby opływowych łopatek kierowniczych i ich mechanizmów obrotowych równomiernie rozmieszczonych na obwodzie wirnika. Jego funkcją jest równomierne kierowanie przepływu wody do wirnika i poprzez regulację otwarcia łopatki kierowniczej zmiana natężenia przepływu turbiny w celu spełnienia wymagań obciążenia zespołu prądotwórczego, a także pełni rolę uszczelniania wody, gdy jest całkowicie zamknięty.
4) Rura ssąca. Przepływ wody na wylocie z kanału ma nadal część nadwyżki energii, która nie została wykorzystana. Rolą rury ssącej jest odzyskanie tej części energii i odprowadzenie wody w dół. Rura ssąca dzieli się na dwa typy: stożkową i zakrzywioną. Pierwsza ma duży współczynnik energii i jest ogólnie odpowiednia do małych turbin poziomych i rurowych; druga ma niższą wydajność hydrauliczną niż stożki proste, ale ma mniejszą głębokość kopania i jest szeroko stosowana w dużych i średnich turbinach kontratakujących.
(2) Klasyfikacja. Ze względu na kierunek osiowy przepływu wody przez wirnik turbinę udarową dzieli się na turbinę Francisa, turbinę o przepływie diagonalnym, turbinę o przepływie osiowym i turbinę rurową.
1) Turbina Francisa. Turbina Francisa (przepływ promieniowo-osiowy lub Francisa) jest turbiną przeciwbieżną, w której woda przepływa promieniowo od obwodu wirnika do kierunku osiowego. Ten rodzaj turbiny ma szeroki zakres stosowanych spadów (30-700 m), prostą konstrukcję, małą objętość i niski koszt. Największą turbiną Francisa, która została uruchomiona w Chinach, jest elektrownia wodna Ertan o mocy znamionowej 582 MW i maksymalnej mocy wyjściowej 621 MW.
2) Turbina przepływowa osiowa. Turbina przepływowa osiowa jest turbiną przeciwbieżną, w której woda wpływa z kierunku osiowego i wypływa z wirnika w kierunku osiowym. Ten typ turbiny dzieli się na dwa typy: typ o stałych łopatkach (typ śrubowy) i typ obrotowy (typ Kaplana). Łopatki pierwszego są nieruchome, a łopatki drugiego mogą być obracane. Przepustowość wody turbiny przepływowej osiowej jest większa niż turbiny Francisa. Ponieważ łopatki turbiny łopatkowej mogą zmieniać położenie wraz ze zmianami obciążenia, mają one wyższą wydajność w szerokim zakresie zmian obciążenia. Wydajność antykawitacyjna i wytrzymałość mechaniczna turbiny przepływowej osiowej są gorsze niż turbiny Francisa, a konstrukcja jest również bardziej skomplikowana. Obecnie stosowalna wysokość podnoszenia tego rodzaju turbiny osiągnęła 80 m lub więcej.
3) Turbina rurowa. Przepływ wody w tego typu turbinie wodnej odbywa się osiowo z wirnika, a przed i za wirnikiem nie ma obrotu. Zakres wysokości użytkowej wynosi 3-20. . Kadłub ma zalety małej wysokości, dobrych warunków przepływu wody, wysokiej wydajności, mniejszej inżynierii lądowej, niskich kosztów, braku konieczności stosowania spiral i zakrzywionych rur ssących, a im niższa wysokość, tym bardziej oczywiste są zalety.
Turbiny rurowe dzielą się na dwa typy: pełnoprzepływowe i półprzepływowe, w zależności od połączenia generatora i trybu transmisji. Turbiny półprzepływowe dzielą się dalej na typ bulb, typ wału i typ z przedłużeniem wału. Wśród nich typ z przedłużeniem wału dzieli się również na dwa typy. Istnieją oś skośna i oś pozioma. Obecnie najszerzej stosowany typ bulb rurowy, typ z przedłużeniem wału i typ z wałem pionowym są najczęściej stosowane w małych jednostkach. W ostatnich latach typ wału był również stosowany w dużych i średnich jednostkach.
Generator jednostki rurowej z przedłużeniem wału jest instalowany poza drogą wodną, a generator jest podłączony do turbiny za pomocą dłuższego pochylonego wału lub poziomego wału. Ta konstrukcja typu przedłużenia wału jest prostsza niż typu bulb.
4) Turbina o przepływie diagonalnym. Struktura i rozmiar turbiny o przepływie diagonalnym (zwanej również diagonalnym) znajdują się pomiędzy przepływem mieszanym a przepływem osiowym. Główną różnicą jest to, że oś łopatek wirnika znajduje się pod pewnym kątem do osi turbiny. Ze względu na cechy konstrukcyjne, jednostka nie może opadać podczas pracy, więc w drugiej strukturze zainstalowano urządzenie zabezpieczające sygnał przemieszczenia osiowego, aby zapobiec wypadkom, w których łopatki i komora wirnika zderzą się. Zakres wysokości podnoszenia turbiny o przepływie diagonalnym wynosi 25～200 m.
Czas publikacji: 19-paź-2021
