Reakčná turbína je druh hydraulického stroja, ktorý premieňa hydraulickú energiu na mechanickú energiu pomocou tlaku prúdiacej vody.
(1) Konštrukcia. Medzi hlavné konštrukčné komponenty reakčnej turbíny patrí obežné koleso, prívodná komora, mechanizmus vedenia vody a sacia rúra.
1) Obežné koleso. Obežné koleso je súčasťou hydraulickej turbíny, ktorá premieňa energiu prúdenia vody na rotačnú mechanickú energiu. V závislosti od rôznych smerov premeny energie vody sa líšia aj konštrukcie obežného kolesa rôznych reakčných turbín. Obežné koleso Francisovej turbíny sa skladá z prúdnicových skrútených lopatiek, koruny kolesa a spodného prstenca; obežné koleso axiálnej turbíny sa skladá z lopatiek, telesa obežného kolesa, výtlačného kužeľa a ďalších hlavných komponentov: konštrukcia obežného kolesa šikmej turbíny je zložitá. Uhol uloženia lopatiek sa môže meniť v závislosti od prevádzkových podmienok a prispôsobiť sa otvoru rozvádzacej lopatky. Stredová čiara otáčania lopatiek zviera s osou turbíny šikmý uhol (45° ~ 60°).
2) Zvodová komora. Jej funkciou je zabezpečiť rovnomerný tok vody do mechanizmu vedenia vody, znížiť straty energie a zlepšiť účinnosť hydraulickej turbíny. Kovové špirálové puzdro s kruhovým prierezom sa často používa pre veľké a stredné hydraulické turbíny s výškou spádu nad 50 m a betónové špirálové puzdro s lichobežníkovým prierezom sa často používa pre turbíny s výškou spádu pod 50 m.
3) Mechanizmus na vedenie vody. Vo všeobecnosti sa skladá z určitého počtu aerodynamických vodiacich lopatiek a ich rotačných mechanizmov rovnomerne usporiadaných po obvode obežného kolesa. Jeho funkciou je rovnomerne viesť tok vody k obežnému kolesu a meniť prietok hydraulickej turbíny nastavením otvorenia vodiacich lopatiek tak, aby spĺňali požiadavky na zaťaženie generátorovej jednotky. Taktiež plní úlohu vodotesného tesnenia, keď je úplne zatvorený.
4) Sacia rúra. Časť zostávajúcej energie v prúde vody na výstupe z obežného kolesa nebola využitá. Funkciou sacej rúry je spätne získať túto energiu a vypustiť vodu po prúde. Sacia rúra sa dá rozdeliť na rovný kužeľový tvar a zakrivený tvar. Prvý má veľký energetický koeficient a je všeobecne vhodný pre malé horizontálne a rúrkové turbíny; hoci hydraulický výkon druhého nie je taký dobrý ako u rovného kužeľa, hĺbka výkopu je malá a je široko používaný vo veľkých a stredne veľkých reakčných turbínach.
,
(2) Klasifikácia. Reakčná turbína sa delí na Francisovu turbínu, diagonálnu turbínu, axiálnu turbínu a rúrkovú turbínu podľa smeru prúdenia vody prechádzajúcej cez povrch hriadeľa obežného kolesa.
1) Francisova turbína. Francisova turbína (radiálne axiálne prúdenie alebo Francisova turbína) je druh reakčnej turbíny, v ktorej voda prúdi radiálne okolo obežného kolesa a prúdi axiálne. Tento typ turbíny má široký rozsah použiteľného spádu (30 ~ 700 m), jednoduchú konštrukciu, malý objem a nízke náklady. Najväčšou Francisovou turbínou, ktorá bola uvedená do prevádzky v Číne, je turbína vodnej elektrárne Ertan s menovitým výstupným výkonom 582 MW a maximálnym výstupným výkonom 621 MW.
2) Axiálna turbína. Axiálna turbína je druh reakčnej turbíny, v ktorej voda prúdi do a z obežného kolesa axiálne. Tento typ turbíny sa delí na typ s pevnou vrtuľou (typ so skrutkovou vrtuľou) a typ s rotačnou vrtuľou (typ Kaplan). Lopatky prvej sú pevné a lopatky druhej sa môžu otáčať. Výtlačná kapacita axiálnej turbíny je väčšia ako u Francisovej turbíny. Pretože poloha lopatiek rotora turbíny sa môže meniť so zmenou zaťaženia, má vysokú účinnosť vo veľkom rozsahu zmien zaťaženia. Odolnosť voči kavitácii a mechanická pevnosť axiálnej turbíny sú horšie ako u Francisovej turbíny a jej konštrukcia je tiež zložitejšia. V súčasnosti dosiahol použiteľný spád tohto typu turbíny viac ako 80 m.
3) Rúrková turbína. Prietok vody v tomto type turbíny prúdi axiálne od axiálneho prúdenia k obežnému kolesu a nedochádza k žiadnej rotácii pred ani za obežným kolesom. Rozsah využitia je 3 ~ 20. Má výhody malej výšky trupu, dobrých podmienok prúdenia vody, vysokej účinnosti, nízkeho stavebného množstva, nízkych nákladov, absencie špirály a zakrivenej sacej rúry a čím nižší je spád vody, tým zreteľnejšie sú jej výhody.
Podľa spôsobu pripojenia a prenosu generátora sa rúrkové turbíny delia na plne rúrkové a polo rúrkové. Polo rúrkové sa ďalej delia na žiarovkový typ, typ s hriadeľom a typ s predĺžením hriadeľa, pričom typ s predĺžením hriadeľa sa delí na šikmý hriadeľ a horizontálny hriadeľ. V súčasnosti sa najpoužívanejšie žiarovkové rúrkové typy, typy s predĺžením hriadeľa a typy s hriadeľom, ktoré sa väčšinou používajú pre malé jednotky. V posledných rokoch sa typ s hriadeľom používa aj pre veľké a stredné jednotky.
Generátor axiálnej predĺžovacej rúrkovej jednotky je inštalovaný mimo vodného kanála a je spojený s vodnou turbínou dlhým šikmým hriadeľom alebo horizontálnym hriadeľom. Konštrukcia tohto typu predĺženia hriadeľa je jednoduchšia ako konštrukcia žiarovkového typu.
4) Turbína s diagonálnym prúdením. Štruktúra a veľkosť turbíny s diagonálnym prúdením (tiež známej ako diagonálna) sú medzi Francisovou a axiálnou turbínou. Hlavný rozdiel spočíva v tom, že stredová čiara lopatiek obežného kolesa zviera s stredovou čiarou turbíny určitý uhol. Vzhľadom na konštrukčné vlastnosti sa jednotka počas prevádzky nemôže prepadnúť, preto je v druhej konštrukcii nainštalované zariadenie na ochranu pred axiálnym posunom, aby sa zabránilo kolízii medzi lopatkou a komorou obežného kolesa. Rozsah využitia turbíny s diagonálnym prúdením je 25 ~ 200 m.
V súčasnosti je najväčší menovitý výstupný výkon jednej jednotky turbíny so skloneným pádom na svete 215 MW (bývalý Sovietsky zväz) a najvyššia využiteľná výška je 136 m (Japonsko).
Čas uverejnenia: 1. septembra 2021
