Turbina kontratakowa to rodzaj maszyny hydraulicznej, która wykorzystuje ciśnienie przepływu wody do zamiany energii wody na energię mechaniczną.
(1) Konstrukcja. Głównymi elementami konstrukcyjnymi turbiny przeciwnapadowej są wirnik, komora odwadniająca, mechanizm kierujący wodą i rura ssąca.
1) Wirnik. Wirnik jest częścią turbiny wodnej, która przetwarza energię przepływu wody na energię mechaniczną wirowania. W zależności od kierunku konwersji energii wody, konstrukcja wirnika różnych turbin przeciwbieżnych również się różni. Wirnik turbiny Francisa składa się z opływowych, skręconych łopatek, korony i pierścienia dolnego oraz innych głównych elementów pionowych; wirnik turbiny o przepływie osiowym składa się z łopatek, korpusu wirnika, stożka spustowego i innych głównych elementów; konstrukcja wirnika turbiny o przepływie diagonalnym jest bardziej złożona. Kąt ustawienia łopatek można zmieniać w zależności od warunków pracy i dopasować do otworu kierownicy. Oś obrotu łopatek jest ukośna (45°-60°) do osi turbiny.
2) Komora rozdzielcza wody. Jej funkcją jest zapewnienie równomiernego przepływu wody do mechanizmu kierującego, zmniejszenie strat energii i poprawa sprawności turbiny. Duże i średnie turbiny często wykorzystują metalowe spirale o przekroju kołowym przy spadach powyżej 50 m oraz betonowe spirale o przekroju trapezowym dla spadów poniżej 50 m.
3) Mechanizm kierujący przepływem wody. Zazwyczaj składa się on z pewnej liczby opływowych łopatek kierowniczych i ich mechanizmów obrotowych, równomiernie rozmieszczonych na obwodzie wirnika. Jego funkcją jest równomierne kierowanie przepływu wody do wirnika oraz, poprzez regulację otwarcia łopatki kierowniczej, zmiana natężenia przepływu w turbinie w celu dostosowania go do obciążenia agregatu prądotwórczego. Mechanizm ten pełni również rolę uszczelnienia wody, gdy jest całkowicie zamknięty.
4) Rura ssąca. Strumień wody na wylocie z wirnika nadal zawiera część niewykorzystanej energii nadmiarowej. Rolą rury ssącej jest odzyskanie tej części energii i odprowadzenie wody w dół. Rurę ssącą dzieli się na dwa typy: stożkową i zakrzywioną. Pierwsza ma wysoki współczynnik energetyczny i jest generalnie odpowiednia do małych turbin poziomych i rurowych; druga ma niższą wydajność hydrauliczną niż stożki proste, ale mniejszą głębokość kopania i jest szeroko stosowana w dużych i średnich turbinach kontratakowych.
(2) Klasyfikacja. Ze względu na kierunek osiowy przepływu wody przez wirnik turbiny udarowe dzielą się na turbinę Francisa, turbinę o przepływie diagonalnym, turbinę o przepływie osiowym i turbinę rurową.
1) Turbina Francisa. Turbina Francisa (o przepływie promieniowo-osiowym lub Francisa) to turbina przeciwbieżna, w której woda przepływa promieniowo od obwodu wirnika do kierunku osiowego. Ten rodzaj turbiny charakteryzuje się szerokim zakresem spadów (30-700 m), prostą konstrukcją, małą objętością i niskim kosztem. Największą turbiną Francisa uruchomioną w Chinach jest elektrownia wodna Ertan o mocy znamionowej 582 MW i maksymalnej 621 MW.
2) Turbina osiowa. Turbina osiowa to turbina przeciwbieżna, w której woda wpływa osiowo i wypływa z wirnika w kierunku osiowym. Ten typ turbiny dzieli się na dwa typy: o stałych łopatkach (śrubowe) i obrotowe (Kaplana). Łopatki pierwszej są nieruchome, a drugiej obracają się. Wydajność przepływu wody przez turbinę osiową jest większa niż w turbinie Francisa. Ponieważ łopatki turbiny łopatkowej mogą zmieniać położenie wraz ze zmianami obciążenia, charakteryzują się one wyższą sprawnością w szerokim zakresie zmian obciążenia. Właściwości antykawitacyjne i wytrzymałość mechaniczna turbiny osiowej są gorsze niż turbiny Francisa, a jej konstrukcja jest bardziej złożona. Obecnie stosowane wysokości podnoszenia tego typu turbin sięgają 80 m lub więcej.
3) Turbina rurowa. W tego typu turbinie wodnej strumień wody wypływa osiowo z wirnika, bez rotacji przed i za wirnikiem. Zakres wysokości podnoszenia wynosi 3-20°. Kadłub ma zalety: niewielką wysokość, dobre warunki przepływu wody, wysoką sprawność, mniej prac budowlanych, niski koszt, brak konieczności stosowania spiral i zakrzywionych rur ssawnych, a im niższa wysokość podnoszenia, tym bardziej oczywiste są korzyści.
Turbiny rurowe dzielą się na dwa typy: pełnoprzepływowe i półprzepływowe, w zależności od rodzaju połączenia generatora i sposobu przeniesienia napędu. Turbiny półprzepływowe dzielą się na żarówkowe, wałowe i z przedłużonym wałem. Wśród nich, turbiny z przedłużonym wałem również dzielą się na dwa typy: o osi skośnej i poziomej. Obecnie najczęściej stosowane są turbiny żarówkowe rurowe, z przedłużonym wałem i z pionowym wałem, stosowane głównie w małych jednostkach. W ostatnich latach turbiny z wałem znalazły również zastosowanie w dużych i średnich jednostkach.
Generator z rurowym przedłużeniem wału jest zainstalowany poza kanałem wodnym i połączony z turbiną za pomocą dłuższego wału pochyłego lub poziomego. Konstrukcja tego typu przedłużenia wału jest prostsza niż typ żarówkowy.
4) Turbina o przepływie diagonalnym. Konstrukcja i rozmiar turbiny o przepływie diagonalnym (zwanej również diagonalnym) plasują 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 charakterystykę konstrukcyjną, jednostka nie może osiadać podczas pracy, dlatego w drugiej konstrukcji zainstalowano zabezpieczenie przed przemieszczeniem osiowym, aby zapobiec kolizjom łopatek z komorą wirnika. Zakres wysokości podnoszenia turbiny o przepływie diagonalnym wynosi 25–200 m.
Czas publikacji: 19 października 2021 r.
