Reakcijska turbina je vrsta hidravličnega stroja, ki s pomočjo tlaka vodnega toka pretvarja hidravlično energijo v mehansko energijo.
(1) Zgradba. Glavne strukturne komponente reakcijske turbine vključujejo tekač, dovodno komoro, mehanizem za usmerjanje vode in sesalno cev.
1) Tekalec. Tekalec je sestavni del hidravlične turbine, ki pretvarja energijo vodnega toka v vrtečo se mehansko energijo. Glede na različne smeri pretvorbe vodne energije se razlikujejo tudi strukture tekačev različnih reakcijskih turbin. Tekalec Francisove turbine je sestavljen iz postopno zavitih lopatic, krone kolesa in spodnjega obroča; tekač aksialne turbine je sestavljen iz lopatic, telesa tekača, izpustnega stožca in drugih glavnih komponent: struktura tekača nagnjene turbine je kompleksna. Kot namestitve lopatic se lahko spreminja glede na delovne pogoje in se ujema z odprtino vodilne lopatice. Sredinjska črta vrtenja lopatic tvori poševni kot (45° ~ 60°) z osjo turbine.
2) Dovodna komora. Njena funkcija je enakomeren pretok vode do mehanizma za usmerjanje vode, zmanjšanje izgube energije in izboljšanje učinkovitosti hidravlične turbine. Za velike in srednje velike hidravlične turbine z vodnim stolpcem nad 50 m se pogosto uporablja kovinsko spiralno ohišje s krožnim prerezom, za turbine z vodnim stolpcem pod 50 m pa betonsko spiralno ohišje s trapezoidnim prerezom.
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 do tekača in spreminjanje pretoka hidravlične turbine z nastavitvijo odprtine vodilne lopatice, da se izpolnijo zahteve glede obremenitve generatorske enote. Prav tako igra vlogo tesnjenja vode, ko je popolnoma zaprt.
4) Sesalna cev. Del preostale energije v vodnem toku na izstopu iz tekača ni bil izkoriščen. Funkcija sesalne cevi je, da to energijo rekuperira in vodo odvaja navzdol. Sesalna cev lahko razdelimo na ravno stožčasto in ukrivljeno. Prva ima velik energijski koeficient in je na splošno primerna za majhne horizontalne in cevne turbine; čeprav hidravlična zmogljivost druge ni tako dobra kot pri ravnem stožcu, je globina izkopa majhna in se pogosto uporablja v velikih in srednje velikih reakcijskih turbinah.
,
(2) Razvrstitev. Reakcijska turbina se glede na smer pretoka vode skozi površino gredi tekača deli na Francisovo turbino, diagonalno turbino, aksialno turbino in cevno turbino.
1) Francisova turbina. Francisova turbina (radialno-aksialna ali Francisova) je vrsta reakcijske turbine, v kateri voda teče radialno okoli rotorja in aksialno. Ta vrsta turbine ima širok razpon uporabnega tlaka (30 ~ 700 m), preprosto strukturo, majhno prostornino in nizke stroške. Največja Francisova turbina, ki je bila dana v obratovanje na Kitajskem, je turbina hidroelektrarne Ertan z nazivno izhodno močjo 582 MW in največjo izhodno močjo 621 MW.
2) Aksialna turbina. Aksialna turbina je vrsta reakcijske turbine, pri kateri voda aksialno teče v in iz rotorja. Ta vrsta turbine je razdeljena na tip s fiksnim propelerjem (tip z vijačnim propelerjem) in tip z rotacijskim propelerjem (tip Kaplan). Lopatice prve so fiksne, lopatice druge pa se lahko vrtijo. Pretočna zmogljivost aksialne turbine je večja kot pri Francisovi turbini. Ker se položaj lopatic rotorja turbine lahko spreminja s spremembo obremenitve, ima visok izkoristek v velikem območju sprememb obremenitve. Odpornost proti kavitaciji in mehanska trdnost aksialne turbine sta slabši od Francisove turbine, struktura pa je tudi bolj zapletena. Trenutno je uporabna tlačna višina te vrste turbine dosegla več kot 80 m.
3) Cevna turbina. Pretok vode pri tej vrsti turbine teče aksialno od aksialnega toka do tekača, pri čemer ni vrtenja pred in za tekačem. Območje izkoriščenosti tlaka je 3 ~ 20. Prednosti so majhna višina trupa, dobri pogoji pretoka vode, visoka učinkovitost, nizke gradbene stroške, nizki stroški, odsotnost spiralne in ukrivljene cevi, nižji kot je tlak vode, bolj očitne so njene prednosti.
Glede na način priključitve in prenosa generatorja se cevne turbine delijo na polne cevne in polcevne. Polcevne turbine se nadalje delijo na balončaste, gredne in podaljške gredi, med katerimi se podaljški gredi delijo na nagnjene in vodoravne gredi. Trenutno se najpogosteje uporabljajo balončaste cevne turbine, podaljški gredi in gredne turbine, ki se večinoma uporabljajo za majhne enote. V zadnjih letih se gredni tip uporablja tudi za velike in srednje velike enote.
Generator aksialne cevne enote je nameščen zunaj vodnega kanala in je z vodno turbino povezan z dolgo nagnjeno gredjo ali vodoravno gredjo. Struktura te vrste podaljška gredi je enostavnejša od konstrukcije žarnice.
4) Turbina z diagonalnim tokom. Struktura in velikost turbine z diagonalnim tokom (znane tudi kot diagonalne) sta med Francisovimi in aksialnimi turbinami. Glavna razlika je v tem, da je središčna črta lopatice tekača pod določenim kotom s 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, ki preprečuje trčenje med lopatico in komoro tekača. Območje izkoriščanja turbine z diagonalnim tokom je 25 ~ 200 m.
Trenutno je največja nazivna izhodna moč posamezne turbine z nagnjenim padcem na svetu 215 MW (nekdanja Sovjetska zveza), najvišja izkoriščenost pa je 136 m (Japonska).
Čas objave: 1. september 2021
