หลักการทำงานและลักษณะโครงสร้างของการไหลเข้าของน้ำของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันโต้กลับ

กังหันโต้กลับเป็นเครื่องจักรกลไฮดรอลิกชนิดหนึ่งที่ใช้แรงดันของการไหลของน้ำเพื่อแปลงพลังงานน้ำให้เป็นพลังงานกล

(1) โครงสร้าง ส่วนประกอบโครงสร้างหลักของกังหันน้ำสวนทาง ได้แก่ รางน้ำ ห้องเบี่ยงน้ำ กลไกการนำน้ำ และท่อร่างน้ำ
1) รันเนอร์ รันเนอร์เป็นส่วนหนึ่งของกังหันน้ำที่แปลงพลังงานของการไหลของน้ำเป็นพลังงานกลหมุน โครงสร้างรันเนอร์ของกังหันโต้กลับต่างๆ ก็แตกต่างกันไปตามทิศทางการแปลงพลังงานน้ำ รันเนอร์กังหันฟรานซิสประกอบด้วยใบพัดบิดที่เพรียวลม มงกุฎและวงแหวนล่าง และส่วนประกอบแนวตั้งหลักอื่นๆ รันเนอร์กังหันไหลตามแนวแกนประกอบด้วยใบพัด ตัวรันเนอร์ และกรวยระบายน้ำ และส่วนประกอบหลักอื่นๆ โครงสร้างรันเนอร์กังหันไหลแนวทแยงมีความซับซ้อนมากขึ้น มุมการวางใบพัดสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามสภาพการทำงานและจับคู่กับช่องเปิดของใบพัดนำทาง เส้นศูนย์กลางการหมุนของใบพัดอยู่ที่มุมเฉียง (45°-60°) กับแกนของกังหัน
2) ห้องเปลี่ยนทิศทางน้ำ มีหน้าที่ทำให้น้ำไหลเข้าสู่กลไกการนำน้ำอย่างสม่ำเสมอ ลดการสูญเสียพลังงาน และปรับปรุงประสิทธิภาพของกังหัน กังหันขนาดใหญ่และขนาดกลางมักใช้เกลียวโลหะหน้าตัดแบบวงกลมที่มีหัวสูงกว่า 50 ม. และเกลียวคอนกรีตหน้าตัดแบบสี่เหลี่ยมคางหมูสำหรับกังหันขนาดต่ำกว่า 50 ม.
3) กลไกการนำน้ำ โดยทั่วไปประกอบด้วยใบพัดนำทางแบบเพรียวลมจำนวนหนึ่งและกลไกการหมุนที่จัดวางอย่างเท่าเทียมกันบนขอบของรางน้ำ หน้าที่ของกลไกนี้คือการนำการไหลของน้ำเข้าสู่รางน้ำอย่างสม่ำเสมอ และโดยการปรับช่องเปิดของใบพัดนำทาง เพื่อเปลี่ยนอัตราการไหลของกังหันให้ตรงตามข้อกำหนดของโหลดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และยังทำหน้าที่ปิดผนึกน้ำเมื่อปิดสนิทอีกด้วย
4) ท่อร่าง การไหลของน้ำที่ทางออกของรางน้ำยังคงมีพลังงานส่วนเกินบางส่วนที่ไม่ได้ใช้งาน บทบาทของท่อร่างคือการกู้คืนพลังงานส่วนนี้และระบายน้ำลงสู่ปลายน้ำ ท่อร่างแบ่งออกเป็นสองประเภทคือกรวยตรงและโค้ง แบบแรกมีค่าสัมประสิทธิ์พลังงานสูงและโดยทั่วไปเหมาะสำหรับกังหันแนวนอนและท่อขนาดเล็ก แบบหลังมีประสิทธิภาพการระบายน้ำที่ต่ำกว่ากรวยตรง แต่มีความลึกในการขุดน้อยกว่า และใช้กันอย่างแพร่หลายในกังหันโต้กลับขนาดใหญ่และขนาดกลาง

(2) การจำแนกประเภท ตามทิศทางแกนของการไหลของน้ำผ่านรางน้ำ กังหันกระแทกจะแบ่งออกเป็นกังหันฟรานซิส กังหันไหลแนวทแยง กังหันไหลแนวแกน และกังหันท่อ
1) กังหันฟรานซิส กังหันฟรานซิส (การไหลแบบแนวแกนรัศมีหรือฟรานซิส) เป็นกังหันแบบโต้กลับซึ่งน้ำจะไหลในแนวรัศมีจากเส้นรอบวงของรางน้ำไปยังทิศทางแกน กังหันประเภทนี้มีหัวที่ใช้งานได้หลากหลาย (30-700 ม.) โครงสร้างเรียบง่าย ปริมาตรน้อย และต้นทุนต่ำ กังหันฟรานซิสที่ใหญ่ที่สุดที่นำมาใช้งานในประเทศจีนคือโรงไฟฟ้าพลังน้ำ Ertan ซึ่งมีกำลังส่งออกที่กำหนด 582 เมกะวัตต์ และกำลังส่งออกสูงสุด 621 เมกะวัตต์
2) กังหันไหลตามแนวแกน กังหันไหลตามแนวแกนเป็นกังหันโต้กลับซึ่งน้ำไหลเข้าจากทิศทางแกนและไหลออกจากรางวิ่งในทิศทางแกน กังหันประเภทนี้แบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่ ประเภทใบพัดคงที่ (ประเภทสกรู) และประเภทโรตารี (ประเภทคาปลัน) ใบพัดของกังหันแบบใบพัดคงที่ ส่วนใบพัดของประเภทโรตารีสามารถหมุนได้ ความสามารถในการผ่านน้ำของกังหันไหลตามแนวแกนนั้นมากกว่ากังหันฟรานซิส เนื่องจากใบพัดของกังหันใบพัดสามารถเปลี่ยนตำแหน่งได้ตามการเปลี่ยนแปลงของโหลด จึงมีประสิทธิภาพสูงกว่าในช่วงการเปลี่ยนแปลงโหลดที่หลากหลาย ประสิทธิภาพในการป้องกันการเกิดโพรงอากาศและความแข็งแรงเชิงกลของกังหันไหลตามแนวแกนนั้นแย่กว่ากังหันฟรานซิส และโครงสร้างยังซับซ้อนกว่าด้วย ปัจจุบัน ส่วนหัวที่ใช้ได้ของกังหันประเภทนี้สูงถึง 80 เมตรขึ้นไป
3) กังหันน้ำแบบท่อ การไหลของน้ำของกังหันน้ำประเภทนี้จะไหลออกจากแกนของรางน้ำ และไม่มีการหมุนก่อนและหลังรางน้ำ ช่วงการใช้งานของหัวกังหันน้ำคือ 3-20 . ลำตัวเครื่องมีข้อดีคือความสูงที่เล็ก สภาพการไหลของน้ำที่ดี ประสิทธิภาพสูง งานโยธาที่น้อยลง ต้นทุนต่ำ ไม่ต้องใช้เกลียวและท่อร่างโค้ง และยิ่งหัวกังหันน้ำต่ำลง ข้อดีก็ยิ่งชัดเจนมากขึ้น
กังหันแบบท่อแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่ แบบไหลผ่านเต็มและแบบไหลผ่านกึ่งตามการเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและโหมดการส่ง กังหันแบบไหลผ่านกึ่งแบ่งย่อยออกไปอีกเป็นประเภทหลอดไฟ ประเภทเพลา และประเภทต่อเพลา ในจำนวนนี้ ประเภทต่อเพลายังแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่ แกนเฉียงและแกนนอน ปัจจุบัน ประเภทหลอดไฟแบบท่อ ประเภทต่อเพลา และประเภทเพลาแนวตั้งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายส่วนใหญ่ใช้ในหน่วยขนาดเล็ก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ประเภทเพลายังใช้ในหน่วยขนาดใหญ่และขนาดกลางอีกด้วย
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าของชุดท่อต่อเพลาติดตั้งอยู่ภายนอกทางน้ำ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื่อมต่อกับกังหันด้วยเพลาเอียงที่ยาวกว่าหรือเพลาแนวนอน โครงสร้างประเภทต่อเพลานี้เรียบง่ายกว่าประเภทหลอดไฟ
4) กังหันไหลแบบทแยงมุม โครงสร้างและขนาดของกังหันไหลแบบทแยงมุม (เรียกอีกอย่างว่า กังหันไหลแบบทแยงมุม) จะอยู่ระหว่างการไหลแบบผสมและการไหลแบบแนวแกน ความแตกต่างหลักคือแนวแกนกลางของใบพัดรันเนอร์จะอยู่ที่มุมหนึ่งกับแนวแกนกลางของกังหัน เนื่องจากลักษณะโครงสร้าง จึงไม่อนุญาตให้หน่วยจมลงในระหว่างการทำงาน ดังนั้นจึงติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันสัญญาณการเคลื่อนที่ตามแนวแกนในโครงสร้างที่สองเพื่อป้องกันอุบัติเหตุที่ใบพัดและห้องรันเนอร์ชนกัน ช่วงการใช้งานของกังหันไหลแบบทแยงมุมคือ 25～200 ม.