A turbina de contra-ataque é um tipo de maquinário hidráulico que usa a pressão do fluxo de água para converter energia hídrica em energia mecânica.
(1) Estrutura. Os principais componentes estruturais da turbina de contra-ataque são o rotor, a câmara de desvio de água, o mecanismo de guia de água e o tubo de sucção.
1) Rotor. O rotor é uma parte da turbina hidráulica que converte a energia do fluxo de água em energia mecânica rotativa. Dependendo da direção da conversão de energia da água, as estruturas do rotor de várias turbinas de contra-ataque também são diferentes. O rotor da turbina Francis é composto por pás torcidas aerodinâmicas, coroa e anel inferior e outros componentes verticais principais; o rotor da turbina de fluxo axial é composto por pás, corpo do rotor e cone de drenagem e outros componentes principais; a estrutura do rotor da turbina de fluxo diagonal é mais complexa. O ângulo de posicionamento das pás pode ser alterado de acordo com as condições de trabalho e combinado com a abertura da palheta-guia. A linha central de rotação das pás está em um ângulo oblíquo (45°-60°) em relação ao eixo da turbina.
2) Câmara de desvio de água. Sua função é fazer com que a água flua uniformemente para o mecanismo de direcionamento, reduzir a perda de energia e melhorar a eficiência da turbina. Turbinas de grande e médio porte costumam utilizar volutas metálicas de seção transversal circular para alturas acima de 50 m, e volutas de concreto de seção transversal trapezoidal para alturas abaixo de 50 m.
3) Mecanismo de guia de água. Geralmente, é composto por um certo número de palhetas-guia aerodinâmicas e seus mecanismos de rotação, dispostos uniformemente na periferia do rotor. Sua função é direcionar o fluxo de água uniformemente para dentro do rotor e, ajustando a abertura da palheta-guia, alterar a vazão da turbina para atender às necessidades de carga do grupo gerador. Também desempenha a função de selar a água quando está totalmente fechada.
4) Tubo de sucção. O fluxo de água na saída do rotor ainda possui uma parte da energia excedente que não foi utilizada. A função do tubo de sucção é recuperar essa parte da energia e descarregar a água a jusante. O tubo de sucção é dividido em dois tipos: cone reto e curvo. O primeiro possui um alto coeficiente de energia e é geralmente adequado para pequenas turbinas horizontais e tubulares; o segundo apresenta desempenho hidráulico inferior ao dos cones retos, mas possui uma profundidade de escavação menor e é amplamente utilizado em turbinas de contra-ataque de grande e médio porte.
(2) Classificação. De acordo com a direção axial do fluxo de água através do rotor, a turbina de impacto é dividida em turbina Francis, turbina de fluxo diagonal, turbina de fluxo axial e turbina tubular.
1) Turbina Francis. A turbina Francis (fluxo radial axial ou Francis) é uma turbina de contra-ataque na qual a água flui radialmente da circunferência do rotor para a direção axial. Este tipo de turbina possui uma ampla gama de alturas manométricas aplicáveis (30-700 m), estrutura simples, pequeno volume e baixo custo. A maior turbina Francis já colocada em operação na China é a Usina Hidrelétrica de Ertan, com potência nominal de 582 MW e potência máxima de 621 MW.
2) Turbina de fluxo axial. A turbina de fluxo axial é uma turbina de contra-ataque na qual a água flui na direção axial e flui para fora do rotor na direção axial. Este tipo de turbina é dividido em dois tipos: tipo de pás fixas (tipo parafuso) e tipo rotativo (tipo Kaplan). As pás do primeiro são fixas, e as pás do segundo podem ser giradas. A capacidade de passagem de água da turbina de fluxo axial é maior do que a da turbina Francis. Como as pás da turbina de pás podem mudar de posição com as mudanças de carga, elas têm maior eficiência em uma ampla faixa de mudanças de carga. O desempenho anticavitação e a resistência mecânica da turbina de fluxo axial são piores do que os da turbina Francis, e a estrutura também é mais complexa. Atualmente, a queda d'água aplicável a este tipo de turbina atinge 80 m ou mais.
3) Turbina tubular. O fluxo de água deste tipo de turbina hidráulica flui axialmente para fora do rotor, sem rotação antes e depois do rotor. A altura manométrica utilizada varia de 3 a 20°. A fuselagem apresenta as vantagens de baixa altura, boas condições de fluxo de água, alta eficiência, menor necessidade de engenharia civil, baixo custo, dispensa de volutas e tubos de sucção curvos, e quanto menor a altura manométrica, mais evidentes as vantagens.
As turbinas tubulares são divididas em dois tipos: fluxo total e fluxo semi-passante, de acordo com a conexão do gerador e o modo de transmissão. As turbinas de fluxo semi-passante são divididas em tipo bulbo, tipo eixo e tipo extensão de eixo. Entre elas, a extensão de eixo também é dividida em dois tipos: eixo oblíquo e eixo horizontal. Atualmente, os tipos tubulares bulbo, extensão de eixo e eixo vertical mais amplamente utilizados são usados principalmente em unidades de pequeno porte. Nos últimos anos, o tipo eixo também tem sido usado em unidades de grande e médio porte.
O gerador da unidade tubular de extensão de eixo é instalado fora do curso d'água e conectado à turbina por meio de um eixo inclinado mais longo ou eixo horizontal. Essa estrutura do tipo extensão de eixo é mais simples do que a do tipo bulbo.
4) Turbina de fluxo diagonal. A estrutura e o tamanho da turbina de fluxo diagonal (também chamada de diagonal) situam-se entre o fluxo misto e o fluxo axial. A principal diferença reside no fato de que a linha central das pás do rotor forma um ângulo específico em relação à linha central da turbina. Devido às características estruturais, a unidade não afunda durante a operação, portanto, um dispositivo de proteção contra deslocamento axial é instalado na segunda estrutura para evitar acidentes com colisão entre as pás e a câmara do rotor. A faixa de altura manométrica de utilização da turbina de fluxo diagonal é de 25 a 200 m.
Data de publicação: 19 de outubro de 2021
