Protiútoková turbína je druh hydraulického stroja, ktorý využíva tlak prúdu vody na premenu energie vody na mechanickú energiu.
(1) Konštrukcia. Hlavnými konštrukčnými komponentmi protibežnej turbíny sú obežné koleso, komora na odvádzanie vody, mechanizmus na vedenie vody a sacia trubica.
1) Obežné koleso. Obežné koleso je časť vodnej turbíny, ktorá premieňa energiu prúdenia vody na rotačnú mechanickú energiu. V závislosti od smeru premeny energie vody sa líšia aj konštrukcie obežných kolies rôznych protibežných turbín. Obežné koleso Francisovej turbíny sa skladá z aerodynamických skrútených lopatiek, koruny a spodného prstenca a ďalších hlavných vertikálnych komponentov; obežné koleso axiálnej turbíny sa skladá z lopatiek, telesa obežného kolesa a odtokového kužeľa a ďalších hlavných komponentov: konštrukcia obežného kolesa diagonálnej turbíny je zložitejšia. Uhol uloženia lopatiek sa môže meniť v závislosti od prevádzkových podmienok a prispôsobiť sa otvoru vodiacej lopatky. Stredová čiara otáčania lopatiek zviera s osou turbíny šikmý uhol (45°-60°).
2) Komora na odvádzanie vody. Jej funkciou je zabezpečiť rovnomerný tok vody do mechanizmu na vedenie vody, znížiť straty energie a zlepšiť účinnosť turbíny. Veľké a stredné turbíny často používajú kovové špirály s kruhovým prierezom s výtlakmi nad 50 m a betónové špirály s lichobežníkovým prierezom pre turbíny pod 50 m.
3) Mechanizmus na vedenie vody. Vo všeobecnosti sa skladá z určitého počtu aerodynamických vodiacich lopatiek a ich rotačných mechanizmov rovnomerne rozmiestnených po obvode obežného kolesa. Jeho funkciou je rovnomerne viesť prúd vody do obežného kolesa a nastavením otvorenia vodiacich lopatiek meniť prietok turbíny tak, aby spĺňal požiadavky na zaťaženie generátorového agregátu, a tiež zohráva úlohu utesňovania vody, keď je úplne zatvorený.
4) Sacia rúra. Prietok vody na výstupe z obežného kolesa si stále uchováva časť prebytočnej energie, ktorá nebola využitá. Úlohou sacej rúry je túto časť energie spätne získať späť a vodu odviesť po prúde. Sacia rúra sa delí na dva typy: rovný kužeľ a zakrivený. Prvý má veľký energetický koeficient a je všeobecne vhodný pre malé horizontálne a rúrkové turbíny; druhý má nižší hydraulický výkon ako rovný kužeľ, ale má menšiu hĺbku kopania a je široko používaný vo veľkých a stredných protibežných turbínach.
(2) Klasifikácia. Podľa axiálneho smeru prúdenia vody cez obežné koleso sa nárazová turbína delí na Francisovu turbínu, turbínu s diagonálnym prúdením, axiálnu turbínu a rúrkovú turbínu.
1) Francisova turbína. Francisova turbína (radiálne axiálne prúdenie alebo Francisova turbína) je turbína s protiútokom, v ktorej voda prúdi radiálne od obvodu obežného kolesa do axiálneho smeru. Tento typ turbíny má široký rozsah použiteľných výtlakov (30 – 700 m), jednoduchú konštrukciu, malý objem a nízke náklady. Najväčšou Francisovou turbínou, ktorá bola uvedená do prevádzky v Číne, je vodná elektráreň Ertan s menovitým výkonom 582 MW a maximálnym výkonom 621 MW.
2) Axiálna turbína. Axiálna turbína je protismerná turbína, v ktorej voda prúdi z axiálneho smeru a vyteká z obežného kolesa v axiálnom smere. Tento typ turbíny sa delí na dva typy: s pevnými lopatkami (skrutkový typ) a rotačný typ (Kaplanov typ). Lopatky prvej sú pevné a lopatky druhej sa môžu otáčať. Priepustnosť vody axiálnej turbíny je väčšia ako u Francisovej turbíny. Pretože lopatky lopatkovej turbíny môžu meniť polohu so zmenami zaťaženia, majú vyššiu účinnosť v širokom rozsahu zmien zaťaženia. Antikavitačný výkon a mechanická pevnosť axiálnej turbíny sú horšie ako u Francisovej turbíny a konštrukcia je tiež zložitejšia. V súčasnosti dosiahol použiteľný spád tohto typu turbíny 80 m alebo viac.
3) Rúrková turbína. Pri tomto type vodnej turbíny prúd vody vychádza z obežného kolesa a nedochádza k žiadnej rotácii pred ani za obežným kolesom. Rozsah využitia spádu je 3-20. Trup má výhody malej výšky, dobrých podmienok prúdenia vody, vysokej účinnosti, menších stavebných prác, nízkych nákladov, bez potreby špirálových a zakrivených sacích rúrok a čím nižší spád, tým zreteľnejšie sú výhody.
Rúrkové turbíny sa delia na dva typy: plnoprietokové a poloprietokové podľa zapojenia generátora a spôsobu prenosu. Poloprietokové turbíny sa ďalej delia na turbíny s hruškou, hriadeľové turbíny a turbíny s predĺžením hriadeľa. Medzi nimi sa aj turbíny s predĺžením hriadeľa delia na dva typy. Existujú turbíny so šikmou osou a turbíny s horizontálnou osou. V súčasnosti sa v malých jednotkách najčastejšie používa rúrkový typ s hruškou, predĺžením hriadeľa a vertikálnym hriadeľom. V posledných rokoch sa hriadeľový typ používa aj vo veľkých a stredných jednotkách.
Generátor rúrkového predĺženia hriadeľa je inštalovaný mimo vodnej cesty a generátor je spojený s turbínou dlhším nakloneným hriadeľom alebo horizontálnym hriadeľom. Tento typ konštrukcie predĺženia hriadeľa je jednoduchší ako typ žiarovky.
4) Diagonálna turbína. Štruktúra a veľkosť diagonálnej (tiež nazývanej diagonálna) turbíny sa nachádzajú medzi turbínou so zmiešaným a axiálnym prúdením. Hlavný rozdiel spočíva v tom, že stredová čiara lopatiek obežného kolesa zviera určitý uhol s stredovou čiarou turbíny. Vzhľadom na konštrukčné vlastnosti sa jednotka počas prevádzky nesmie prepadnúť, preto je v druhej konštrukcii nainštalované zariadenie na ochranu pred axiálnym posunom, aby sa predišlo nehodám spôsobeným kolíziou lopatiek a obežnej komory. Rozsah využitia diagonálnej turbíny je 25～200 m.
Čas uverejnenia: 19. októbra 2021
