Turbina cu reacție este un tip de mașină hidraulică care transformă energia hidraulică în energie mecanică utilizând presiunea fluxului de apă.
(1) Structură. Principalele componente structurale ale turbinei cu reacție includ rotorul, camera de aducere a apei, mecanismul de ghidare a apei și tubul de tiraj.
1) Rotorul. Rotorul este o componentă a turbinei hidraulice care transformă energia curgerii apei în energie mecanică rotativă. În funcție de diferitele direcții de conversie a energiei apei, structurile rotorului diferitelor turbine cu reacție sunt, de asemenea, diferite. Rotorul turbinei Francis este compus din palete răsucite și aerodinamice, coroana roții și inelul inferior; Rotorul turbinei cu flux axial este compus din palete, corpul rotorului, conul de refulare și alte componente principale: structura rotorului turbinei cu flux înclinat este complexă. Unghiul de plasare a paletelor se poate schimba în funcție de condițiile de lucru și se poate potrivi cu deschiderea paletei de ghidare. Linia centrală de rotație a paletei formează un unghi oblic (45° ~ 60°) cu axa turbinei.
2) Camera de aducțiune. Funcția sa este de a face ca apa să curgă uniform către mecanismul de ghidare a apei, de a reduce pierderile de energie și de a îmbunătăți eficiența turbinei hidraulice. Carcasa spiralată metalică cu secțiune circulară este adesea utilizată pentru turbine hidraulice mari și mijlocii cu o înălțime a apei mai mare de 50 m, iar carcasa spiralată din beton cu secțiune trapezoidală este adesea utilizată pentru turbine cu o înălțime a apei sub 50 m.
3) Mecanismul de ghidare a apei. Acesta este în general compus dintr-un anumit număr de palete de ghidare aerodinamice și mecanismele lor rotative, dispuse uniform pe periferia rotorului. Funcția sa este de a ghida uniform fluxul de apă către rotor și de a modifica fluxul turbinei hidraulice prin reglarea deschiderii paletei de ghidare, astfel încât să îndeplinească cerințele de sarcină ale unității generatoare. De asemenea, joacă rolul de etanșare a apei atunci când este complet închis.
4) Tub de tiraj. O parte din energia rămasă în fluxul de apă la ieșirea din coloană nu a fost utilizată. Funcția tubului de tiraj este de a recupera această energie și de a evacua apa în aval. Tubul de tiraj poate fi împărțit în formă de con drept și formă curbată. Prima are un coeficient energetic mare și este în general potrivită pentru turbine orizontale și tubulare mici; Deși performanța hidraulică a celei de-a doua nu este la fel de bună ca cea a conului drept, adâncimea de excavare este mică și este utilizat pe scară largă în turbine cu reacție de dimensiuni mari și medii.
,
(2) Clasificare. Turbina cu reacție se împarte în turbină Francis, turbină diagonală, turbină axială și turbină tubulară, în funcție de direcția de curgere a apei care trece prin suprafața arborelui rotorului.
1) Turbina Francis. Turbina Francis (cu flux axial radial sau Francis) este un tip de turbină cu reacție în care apa curge radial în jurul rotorului și curge axial. Acest tip de turbină are o gamă largă de înălțimi de pompare aplicabile (30 ~ 700 m), structură simplă, volum mic și cost redus. Cea mai mare turbină Francis pusă în funcțiune în China este turbina hidrocentralei Ertan, cu o putere nominală de ieșire de 582 mw și o putere maximă de ieșire de 621 MW.
2) Turbină cu flux axial. Turbina cu flux axial este un tip de turbină cu reacție în care apa curge axial în și din rotoare. Acest tip de turbină este împărțit în două tipuri: cu elice fixă (tip elice cu șurub) și cu elice rotativă (tip Kaplan). Palele primei sunt fixe, iar palele celei de-a doua se pot roti. Capacitatea de descărcare a turbinei cu flux axial este mai mare decât cea a turbinei Francis. Deoarece poziția palelor turbinei cu rotor se poate schimba odată cu schimbarea sarcinii, aceasta are o eficiență ridicată într-o gamă largă de schimbări de sarcină. Rezistența la cavitație și rezistența mecanică a turbinei cu flux axial sunt mai slabe decât cele ale turbinei Francis, iar structura este, de asemenea, mai complexă. În prezent, înălțimea de pompare aplicabilă acestui tip de turbină a atins mai mult de 80 m.
3) Turbină tubulară. Fluxul de apă al acestui tip de turbină curge axial de la fluxul axial la roată, neexistând rotație înainte și după roată. Intervalul de înălțime de utilizare este de 3 ~ 20. Prezintă avantajele: înălțimi mici ale fuselajului, condiții bune de curgere a apei, eficiență ridicată, volum redus de lucrări civile, cost redus, lipsă de volută și tub de tiraj curbat, iar cu cât înălțimea de apă este mai mică, cu atât avantajele sunt mai evidente.
Conform modului de conectare și transmisie a generatorului, turbinele tubulare se împart în tip tubular complet și tip semitubular. Tipul semitubular se împarte în continuare în tip cu bulb, tip cu arbore și tip cu extensie de arbore, dintre care tipul cu extensie de arbore se împarte în arbore înclinat și arbore orizontal. În prezent, cele mai utilizate sunt tipul tubular cu bulb, tipul cu extensie de arbore și tipul cu arbore, care sunt utilizate în principal pentru unități mici. În ultimii ani, tipul cu arbore este utilizat și pentru unități mari și mijlocii.
Generatorul unității tubulare cu extensie axială este instalat în afara canalului de apă, iar generatorul este conectat la turbina hidraulică printr-un arbore lung înclinat sau un arbore orizontal. Structura acestui tip de extensie a arborelui este mai simplă decât cea a tipului cu bulb.
4) Turbină cu flux diagonal. Structura și dimensiunea turbinei cu flux diagonal (cunoscută și sub denumirea de turbină diagonală) se situează între turbina Francis și cea cu flux axial. Principala diferență constă în faptul că linia centrală a palei rotorului se află la un anumit unghi față de linia centrală a turbinei. Datorită caracteristicilor structurale, unitatea nu se poate scufunda în timpul funcționării, așa că dispozitivul de protecție a semnalului de deplasare axială este instalat în a doua structură pentru a preveni coliziunea dintre pale și camera rotorului. Intervalul de înălțime de utilizare al turbinei cu flux diagonal este de 25 ~ 200 m.
În prezent, cea mai mare putere nominală de ieșire a unei singure unități a unei turbine cu cădere înclinată din lume este de 215 MW (fosta Uniune Sovietică), iar cea mai mare înălțime de utilizare este de 136 m (Japonia).
Data publicării: 01 septembrie 2021
