Контратака — это разновидность гидравлической машины, которая использует давление потока воды для преобразования энергии воды в механическую энергию.
(1) Конструкция. Основными конструктивными элементами противоударной турбины являются рабочее колесо, водоотводная камера, водонаправляющий механизм и отводная труба.
1) Рабочее колесо. Рабочее колесо — это часть водяной турбины, которая преобразует энергию потока воды во вращательную механическую энергию. В зависимости от направления преобразования энергии воды, конструкция рабочего колеса различных турбин с противоположным направлением вращения также различается. Рабочее колесо турбины Фрэнсиса состоит из обтекаемых витых лопаток, коронки и нижнего кольца, а также других основных вертикальных компонентов; рабочее колесо осевой турбины состоит из лопаток, корпуса рабочего колеса, дренажного конуса и других основных компонентов; конструкция рабочего колеса диагональной турбины более сложная. Угол расположения лопаток может изменяться в зависимости от условий работы и согласовываться с отверстием направляющей лопатки. Центр вращения лопаток расположен под косым углом (45°-60°) к оси турбины.
2) Водоотводящая камера. Ее функция заключается в обеспечении равномерного потока воды в водонапорный механизм, снижении потерь энергии и повышении эффективности турбины. В крупных и средних турбинах часто используются металлические спиральные корпуса круглого сечения при напоре более 50 м и бетонные спиральные корпуса трапециевидного сечения при напоре менее 50 м.
3) Механизм направления воды. Он, как правило, состоит из определенного количества обтекаемых направляющих лопаток и их вращающихся механизмов, равномерно расположенных по периферии рабочего колеса. Его функция заключается в равномерном направлении потока воды в рабочее колесо и, регулируя степень открытия направляющих лопаток, изменении расхода воды в турбине в соответствии с требованиями к нагрузке генераторной установки; он также выполняет функцию герметизации воды при полном закрытии.
4) Отводящая труба. Поток воды на выходе из рабочего колеса все еще содержит часть избыточной энергии, которая не была использована. Роль отводящей трубы заключается в том, чтобы утилизировать эту часть энергии и сбрасывать воду вниз по течению. Отводящие трубы делятся на два типа: прямоконические и изогнутые. Первые обладают большим энергетическим коэффициентом и, как правило, подходят для небольших горизонтальных и трубчатых турбин; вторые имеют меньшую гидравлическую эффективность, чем прямоконические, но имеют меньшую глубину заглубления и широко используются в крупных и средних турбинах противодействия.
(2) Классификация. В зависимости от осевого направления потока воды через рабочее колесо ударная турбина подразделяется на турбину Фрэнсиса, диагональную турбину, осевую турбину и трубчатую турбину.
1) Турбина Фрэнсиса. Турбина Фрэнсиса (радиально-осевая или Фрэнсисовская) — это турбина, в которой вода течет радиально от окружности рабочего колеса к осевому направлению. 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 турбина на гидроэлектростанции Эртан, номинальная выходная мощность которой составляет 582 МВт, а максимальная — 621 МВт.
2) Осевая турбина. Осевая турбина — это турбина с противотоком, в которой вода поступает с осевого направления и выходит из рабочего колеса также с осевого направления. Этот тип турбин делится на два типа: с неподвижными лопастями (винтовой тип) и роторный (тип Каплана). Лопасти первой фиксированы, а лопасти второй могут вращаться. Пропускная способность осевой турбины больше, чем у турбины Фрэнсиса. Поскольку лопасти лопастной турбины могут изменять положение в зависимости от изменения нагрузки, они обладают более высокой эффективностью в широком диапазоне изменений нагрузки. Антикавитационные характеристики и механическая прочность осевой турбины хуже, чем у турбины Фрэнсиса, а её конструкция также более сложная. В настоящее время напор, при котором работает эта турбина, достигает 80 м и более.
3) Трубчатая турбина. В турбинах этого типа поток воды выходит из рабочего колеса осевым образом, без вращения до и после рабочего колеса. Диапазон рабочего напора составляет 3-20. Преимуществами трубчатой конструкции являются малая высота, хорошие условия потока воды, высокая эффективность, меньшие затраты на строительные работы, низкая стоимость, отсутствие необходимости в спиральных корпусах и изогнутых отводных трубах, причем чем ниже напор, тем очевиднее преимущества.
Трубчатые турбины делятся на два типа: полнопроточные и полупроточные в зависимости от способа подключения к генератору и режима передачи. Полупроточные турбины, в свою очередь, подразделяются на турбины с обтекаемой осью, с валом и с удлиненным валом. Среди них турбины с удлиненным валом также делятся на два типа: с наклонной и горизонтальной осью. В настоящее время наиболее широко используются трубчатые турбины с обтекаемой осью, турбины с удлиненным валом и турбины с вертикальным валом, которые в основном применяются в небольших энергоблоках. В последние годы турбины с валом также стали использоваться в крупных и средних энергоблоках.
Генератор трубчатого агрегата с удлиненным валом устанавливается вне водотока, и генератор соединяется с турбиной более длинным наклонным или горизонтальным валом. Такая конструкция с удлиненным валом проще, чем конструкция с удлинительным валом.
4) Диагональная турбина. Конструкция и размеры диагональной (также называемой диагональной) турбины находятся между турбинами смешанного и осевого потока. Основное отличие заключается в том, что осевая линия лопаток рабочего колеса расположена под определенным углом к осевой линии турбины. Из-за конструктивных особенностей агрегат не может опускаться во время работы, поэтому во второй конструкции установлено устройство защиты от осевого смещения для предотвращения аварий, связанных со столкновением лопаток и камеры рабочего колеса. Диапазон рабочего напора диагональной турбины составляет 25–200 м.
Дата публикации: 19 октября 2021 г.
