Protiturbina je vrsta hidravličnega stroja, ki uporablja tlak vodnega toka za pretvorbo vodne energije v mehansko energijo.
(1) Zgradba. Glavne strukturne komponente protiturbine so tekač, komora za preusmerjanje vode, mehanizem za vodenje vode in sesalna cev.
1) Tekalec. Tekalec je del vodne turbine, ki pretvarja energijo vodnega toka v vrtečo se mehansko energijo. Glede na smer pretvorbe vodne energije se razlikujejo tudi strukture tekačev različnih protiturbin. Tekalec Francisove turbine je sestavljen iz poenostavljenih zavitih lopatic, krone in spodnjega obroča ter drugih glavnih navpičnih komponent; tekalec aksialne turbine je sestavljen iz lopatic, telesa tekača in odtočnega stožca ter drugih glavnih komponent; struktura tekača diagonalne turbine je bolj zapletena. Kot namestitve lopatic se lahko spreminja glede na delovne pogoje in se ujema z odprtino vodilne lopatice. Središčna os vrtenja lopatic je pod poševnim kotom (45°-60°) glede na os turbine.
2) Komora za preusmerjanje vode. Njena funkcija je zagotoviti enakomeren pretok vode v mehanizem za usmerjanje vode, zmanjšati izgubo energije in izboljšati učinkovitost turbine. Velike in srednje velike turbine pogosto uporabljajo kovinske volute s krožnim prečnim prerezom za glave nad 50 m, betonske volute s trapezoidnim prečnim prerezom pa za tiste pod 50 m.
3) Mehanizem za usmerjanje vode. Običajno je sestavljen iz določenega števila poenostavljenih vodilnih lopatic in njihovih vrtljivih mehanizmov, ki so enakomerno razporejeni po obodu tekača. Njegova funkcija je enakomerno usmerjanje vodnega toka v tekač in z nastavljanjem odprtine vodilne lopatice spreminjanje pretoka turbine glede na obremenitev generatorskega agregata, poleg tega pa igra tudi vlogo tesnjenja vode, ko je popolnoma zaprt.
4) Sesalna cev. Vodni tok na izstopu iz tekača še vedno vsebuje del presežne energije, ki ni bila izkoriščena. Vloga sesalne cevi je, da ta del energije rekuperira in vodo odvede navzdol. Sesalna cev je razdeljena na dve vrsti: ravno stožčasto in ukrivljeno. Prva ima velik energijski koeficient in je na splošno primerna za majhne horizontalne in cevne turbine; druga ima nižjo hidravlično zmogljivost kot ravne stožčaste, vendar manjšo globino kopa in se pogosto uporablja v velikih in srednje velikih protiturbinah.
(2) Razvrstitev. Glede na aksialno smer pretoka vode skozi tekač se udarna turbina deli na Francisovo turbino, turbino z diagonalnim tokom, aksialno turbino in cevno turbino.
1) Francisova turbina. Francisova turbina (radialno-aksialna ali Francisova) je turbina s protinapadnim tokom, pri kateri voda teče radialno od oboda rotorja proti aksialni smeri. Ta vrsta turbine ima širok razpon uporabnih tlakov (30–700 m), preprosto strukturo, majhen volumen in nizke stroške. Največja Francisova turbina, ki je bila dana v obratovanje na Kitajskem, je hidroelektrarna Ertan z nazivno izhodno močjo 582 MW in največjo izhodno močjo 621 MW.
2) Aksialna turbina. Aksialna turbina je protiturbina, pri kateri voda doteka iz aksialne smeri in izteka iz rotorja v aksialni smeri. Ta tip turbine je razdeljen na dva tipa: s fiksnimi lopaticami (vijačni tip) in rotacijski tip (Kaplanov tip). Lopatice prve so fiksne, lopatice druge pa se lahko vrtijo. Zmogljivost pretoka vode aksialne turbine je večja kot pri Francisovi turbini. Ker se lopatice lopatične turbine lahko premikajo glede na obremenitev, imajo večji izkoristek v širokem območju sprememb obremenitve. Protikavitacijska zmogljivost in mehanska trdnost aksialne turbine sta slabši kot pri Francisovi turbini, struktura pa je tudi bolj zapletena. Trenutno je uporabna tlačna višina te vrste turbine dosegla 80 m ali več.
3) Cevna turbina. Vodni tok te vrste vodne turbine teče aksialno iz rotorja in ni vrtenja pred in za rotorjem. Območje izkoriščenosti tlaka je 3-20. Trup ima prednosti majhne višine, dobrih pogojev za pretok vode, visoke učinkovitosti, manj gradbenih del, nizkih stroškov, ni potrebe po volutah in ukrivljenih ceveh, nižji kot je tlak, bolj očitne so prednosti.
Cevne turbine so glede na priključitev generatorja in način prenosa razdeljene na dve vrsti: polnopretočne in delnopretočne. Delnopretočne turbine so nadalje razdeljene na turbine s cilindričnimi cevmi, turbine s podaljškom gredi in turbine s podaljškom gredi. Tudi turbine s podaljškom gredi so razdeljene na dve vrsti. Obstajajo turbine s poševno osjo in turbine z vodoravno osjo. Trenutno se najpogosteje uporabljajo cevne turbine s cilindričnimi cevmi, turbine s podaljškom gredi in turbine s navpično gredjo, ki se večinoma uporabljajo v majhnih enotah. V zadnjih letih se turbine z gredjo uporabljajo tudi v velikih in srednje velikih enotah.
Generator cevne enote podaljška gredi je nameščen zunaj vodne poti, generator pa je s turbino povezan z daljšo nagnjeno gredjo ali vodoravno gredjo. Ta konstrukcija podaljška gredi je enostavnejša od žarnice.
4) Turbina z diagonalnim tokom. Struktura in velikost turbine z diagonalnim tokom (imenovane tudi diagonalne) sta med turbino z mešanim in aksialnim tokom. Glavna razlika je v tem, da je središčna črta lopatic rotorja pod določenim kotom glede na središčno črto turbine. Zaradi strukturnih značilnosti se enota med delovanjem ne sme pogrezniti, zato je v drugi strukturi nameščena naprava za zaščito signala aksialnega premika, da se prepreči trčenje lopatic in komore rotorja. Območje izkoriščanja turbine z diagonalnim tokom je 25～200 m.
Čas objave: 19. oktober 2021
