A turbina de contra-ataque é um tipo de máquina hidráulica que utiliza a pressão do fluxo de água para converter a energia da água 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 a 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 diferentes turbinas de fluxo diagonal também variam. O rotor da turbina Francis é composto por pás helicoidais aerodinâmicas, coroa, anel inferior e outros componentes verticais principais; o rotor da turbina de fluxo axial é composto por pás, corpo do rotor, 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 operação e ajustado à abertura da pá guia. O centro de rotação das pás forma um ângulo oblíquo (45°-60°) com o eixo da turbina.
2) Câmara de desvio de água. Sua função é fazer com que a água flua uniformemente para o mecanismo de direcionamento de água, reduzindo a perda de energia e melhorando a eficiência da turbina. Turbinas de grande e médio porte geralmente utilizam volutas metálicas de seção transversal circular para alturas de queda acima de 50 m e volutas de concreto de seção transversal trapezoidal para alturas de queda abaixo de 50 m.
3) Mecanismo de direcionamento 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 das palhetas guia, alterar a vazão da turbina para atender às necessidades de carga do grupo gerador. Quando totalmente fechado, também desempenha a função de vedação da água.
4) Tubo de sucção. O fluxo de água na saída do rotor ainda possui parte da energia excedente não utilizada. A função do tubo de sucção é recuperar essa energia e descarregar a água rio abaixo. O tubo de sucção é dividido em dois tipos: cônico reto e curvo. O primeiro possui um alto coeficiente de energia e é geralmente adequado para pequenas turbinas horizontais e tubulares; o segundo tem desempenho hidráulico inferior ao dos cones retos, mas requer menor profundidade de escavação 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 fluxo contrarrotativo na qual a água flui radialmente da circunferência do rotor para a direção axial. Este tipo de turbina possui uma ampla faixa de quedas d'água aplicáveis (30-700 m), estrutura simples, pequeno volume e baixo custo. A maior turbina Francis em operação na China é a da 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 entra e sai do rotor na direção axial. Este tipo de turbina divide-se em dois tipos: de pás fixas (tipo parafuso) e de pás rotativas (tipo Kaplan). As pás do primeiro tipo são fixas, enquanto as pás do segundo tipo podem girar. A capacidade de vazão da turbina de fluxo axial é maior do que a da turbina Francis. Como as pás da turbina de fluxo axial podem mudar de posição com as variações de carga, elas apresentam maior eficiência em uma ampla faixa de variações de carga. O desempenho anticavitação e a resistência mecânica da turbina de fluxo axial são inferiores aos da turbina Francis, e sua estrutura também é mais complexa. Atualmente, a altura de queda aplicável a este tipo de turbina atinge 80 m ou mais.
3) Turbina tubular. O fluxo de água neste tipo de turbina hidráulica flui axialmente para fora do rotor, sem rotação antes ou depois do mesmo. A faixa de queda útil é de 3 a 20 metros. A turbina apresenta vantagens como pequena altura, boas condições de fluxo de água, alta eficiência, menor necessidade de obras civis, baixo custo, dispensa de volutas e tubos de sucção curvos, e quanto menor a queda, mais evidentes são as vantagens.
As turbinas tubulares são divididas em dois tipos: de fluxo contínuo e de fluxo parcial, de acordo com a conexão do gerador e o modo de transmissão. As turbinas de fluxo parcial são subdivididas em tipo bulbo, tipo eixo e tipo com extensão de eixo. Dentre elas, o tipo com extensão de eixo também se divide em dois tipos: eixo oblíquo e eixo horizontal. Atualmente, os tipos mais comuns são o bulbo tubular, o tipo com extensão de eixo e o tipo com eixo vertical, sendo utilizados principalmente em unidades de pequeno porte. Nos últimos anos, o tipo com extensão de eixo também tem sido utilizado 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 um eixo horizontal. Essa estrutura de 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 os da turbina de fluxo misto e os da turbina de fluxo axial. A principal diferença reside no fato de que o eixo central das pás do rotor forma um determinado ângulo com o eixo central da turbina. Devido às características estruturais, a unidade não pode afundar durante a operação, sendo necessário instalar um dispositivo de proteção contra deslocamento axial na estrutura secundária para evitar acidentes causados pela colisão entre as pás e a câmara do rotor. A faixa de queda útil da turbina de fluxo diagonal é de 25 a 200 metros.
Data da publicação: 19 de outubro de 2021
