Контртурбина представляет собой разновидность гидравлического механизма, который использует давление потока воды для преобразования энергии воды в механическую энергию.
(1) Структура. Основными структурными компонентами турбины контратаки являются рабочее колесо, камера отвода воды, водонаправляющий механизм и отсасывающая труба.
1) Рабочее колесо. Рабочее колесо является частью водяной турбины, которая преобразует энергию потока воды во вращательную механическую энергию. В зависимости от направления преобразования энергии воды, конструкции рабочих колес различных турбин контратаки также различаются. Рабочее колесо турбины Фрэнсиса состоит из обтекаемых скрученных лопаток, короны и нижнего кольца и других основных вертикальных компонентов; рабочее колесо турбины осевого потока состоит из лопаток, корпуса рабочего колеса и сливного конуса и других основных компонентов: конструкция рабочего колеса турбины диагонального потока более сложная. Угол расположения лопаток может изменяться в зависимости от условий работы и соответствовать отверстию направляющего аппарата. Центральная линия вращения лопаток находится под косым углом (45°-60°) к оси турбины.
2) Камера отвода воды. Ее функция — равномерно направлять воду в механизм направления воды, снижать потери энергии и повышать эффективность турбины. В крупных и средних турбинах часто используются металлические улитки круглого сечения с напорами более 50 м и бетонные улитки трапециевидного сечения для напоров ниже 50 м.
3) Механизм направления воды. Он обычно состоит из определенного количества обтекаемых направляющих лопаток и их вращающихся механизмов, равномерно расположенных по периферии рабочего колеса. Его функция заключается в том, чтобы равномерно направлять поток воды в рабочее колесо и, регулируя открытие направляющей лопатки, изменять расход турбины для удовлетворения требований нагрузки генераторной установки, а также он играет роль герметизации воды, когда он полностью закрыт.
4) Отсасывающая труба. Поток воды на выходе из рабочего колеса все еще имеет часть избыточной энергии, которая не была использована. Роль отсасывающей трубы заключается в восстановлении этой части энергии и сбросе воды вниз по течению. Отсасывающая труба делится на два типа: прямой конус и изогнутый. Первый имеет большой энергетический коэффициент и, как правило, подходит для небольших горизонтальных и трубчатых турбин; последний имеет более низкие гидравлические характеристики, чем прямые конусы, но имеет меньшую глубину копания и широко используется в больших и средних контратакующих турбинах.
(2) Классификация. В зависимости от осевого направления потока воды через рабочее колесо ударная турбина делится на турбину Фрэнсиса, турбину с диагональным потоком, турбину с осевым потоком и трубчатую турбину.
1) Турбина Фрэнсиса. Турбина Фрэнсиса (радиально-осевой поток или Фрэнсис) — это турбина контратаки, в которой вода течет радиально от окружности рабочего колеса в осевом направлении. Этот тип турбины имеет широкий диапазон применимых напоров (30-700 м), простую конструкцию, малый объем и низкую стоимость. Самая большая турбина Фрэнсиса, введенная в эксплуатацию в Китае, — это гидроэлектростанция Эртан с номинальной выходной мощностью 582 МВт и максимальной выходной мощностью 621 МВт.
2) Осевая турбина. Осевая турбина — это контратакующая турбина, в которой вода поступает с осевого направления и вытекает из рабочего колеса в осевом направлении. Этот тип турбины делится на два типа: тип с фиксированными лопастями (винтовой тип) и роторный тип (тип Каплана). Лопасти первого типа фиксированы, а лопасти второго могут вращаться. Пропускная способность осевой турбины больше, чем у турбины Фрэнсиса. Поскольку лопасти лопастной турбины могут менять положение при изменении нагрузки, они имеют более высокую эффективность в широком диапазоне изменений нагрузки. Антикавитационные характеристики и механическая прочность осевой турбины хуже, чем у турбины Фрэнсиса, а ее конструкция также сложнее. В настоящее время применимый напор этого типа турбины достиг 80 м и более.
3) Трубчатая турбина. Поток воды в этом типе водяной турбины вытекает из рабочего колеса аксиально, и нет вращения до и после рабочего колеса. Диапазон напора использования составляет 3-20. . Фюзеляж имеет такие преимущества, как небольшая высота, хорошие условия потока воды, высокая эффективность, меньше гражданского строительства, низкая стоимость, нет необходимости в улитках и изогнутых отсасывающих трубах, и чем ниже напор, тем очевиднее преимущества.
Трубчатые турбины делятся на два типа: полнопроточные и полупроточные в зависимости от соединения генератора и режима передачи. Полупроточные турбины далее делятся на тип колбы, тип вала и тип удлинения вала. Среди них тип удлинения вала также делится на два типа. Существуют наклонная ось и горизонтальная ось. В настоящее время наиболее широко используемые тип колбы трубчатый, тип удлинения вала и тип вертикального вала в основном используются в небольших агрегатах. В последние годы тип вала также используется в крупных и средних агрегатах.
Генератор трубчатого блока расширения вала устанавливается снаружи водного пути, а генератор соединяется с турбиной с помощью более длинного наклонного вала или горизонтального вала. Такая конструкция типа расширения вала проще, чем конструкция типа бульбы.
4) Турбина с диагональным потоком. Структура и размер турбины с диагональным потоком (также называемой диагональной) находятся между смешанным потоком и осевым потоком. Основное отличие заключается в том, что осевая линия лопастей рабочего колеса находится под определенным углом к осевой линии турбины. Благодаря структурным характеристикам агрегат не может опускаться во время работы, поэтому во второй конструкции установлено устройство защиты сигнала осевого смещения для предотвращения несчастных случаев, связанных со столкновением лопастей и камеры рабочего колеса. Диапазон использования напора турбины с диагональным потоком составляет 25～200 м.
Время публикации: 19 октября 2021 г.
