Karşıt yönlü türbin, su akışının basıncını kullanarak su enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren bir tür hidrolik makinedir.
(1) Yapı. Karşı saldırı türbininin ana yapısal bileşenleri çark, su yönlendirme odası, su yönlendirme mekanizması ve emme borusudur.
1) Çark. Çark, su akışının enerjisini dönme mekanik enerjisine dönüştüren su türbininin bir parçasıdır. Su enerjisi dönüşümünün yönüne bağlı olarak, çeşitli karşıt akışlı türbinlerin çark yapıları da farklıdır. Francis türbin çarkı, aerodinamik bükülmüş kanatlar, taç ve alt halka ve diğer ana dikey bileşenlerden oluşur; eksenel akışlı türbin çarkı, kanatlar, çark gövdesi ve tahliye konisi ve diğer ana bileşenlerden oluşur; diyagonal akışlı türbin çarkının yapısı daha karmaşıktır. Kanat yerleştirme açısı, çalışma koşullarına göre değiştirilebilir ve kılavuz kanat açıklığıyla eşleştirilebilir. Kanat dönüş merkez çizgisi, türbin eksenine eğik bir açıda (45°-60°) bulunur.
2) Su yönlendirme haznesi. İşlevi, suyun su yönlendirme mekanizmasına eşit şekilde akmasını sağlamak, enerji kaybını azaltmak ve türbinin verimliliğini artırmaktır. Büyük ve orta ölçekli türbinlerde, 50 metrenin üzerindeki düşüş yüksekliklerinde genellikle dairesel kesitli metal volütler, 50 metrenin altındaki düşüş yüksekliklerinde ise trapezoidal kesitli beton volütler kullanılır.
3) Su yönlendirme mekanizması. Genellikle, çarkın çevresine eşit olarak yerleştirilmiş belirli sayıda aerodinamik yönlendirme kanadı ve bunların dönme mekanizmalarından oluşur. İşlevi, su akışını çarka eşit şekilde yönlendirmek ve yönlendirme kanadının açıklığını ayarlayarak türbinin akış hızını jeneratör setinin yük gereksinimlerini karşılayacak şekilde değiştirmektir; ayrıca tamamen kapalıyken su sızdırmazlığı görevi de görür.
4) Çekme borusu. Çarkın çıkışındaki su akışında henüz kullanılmamış fazla enerjinin bir kısmı bulunur. Çekme borusunun rolü, bu enerji kısmını geri kazanmak ve suyu aşağı yöne doğru tahliye etmektir. Çekme borusu düz koni ve kavisli olmak üzere iki tipe ayrılır. İlki yüksek enerji katsayısına sahiptir ve genellikle küçük yatay ve borulu türbinler için uygundur; ikincisi düz konilere göre daha düşük hidrolik performansa sahiptir, ancak daha küçük bir kazma derinliğine sahiptir ve büyük ve orta ölçekli karşıt yönlü türbinlerde yaygın olarak kullanılır.
(2) Sınıflandırma. Çarktan geçen su akışının eksenel yönüne göre, darbe türbini Francis türbini, diyagonal akışlı türbin, eksenel akışlı türbin ve borulu türbin olarak ayrılır.
1) Francis türbini. Francis (radyal eksenel akışlı veya Francis) türbini, suyun çarkın çevresinden eksenel yöne doğru radyal olarak aktığı bir karşıt akışlı türbindir. Bu tür türbinler geniş bir uygulama alanına (30-700 m), basit bir yapıya, küçük hacme ve düşük maliyete sahiptir. Çin'de işletmeye alınan en büyük Francis türbini, 582 MW nominal çıkış gücüne ve 621 MW maksimum çıkış gücüne sahip Ertan Hidroelektrik Santrali'dir.
2) Eksenel Akışlı Türbin. Eksenel akışlı türbin, suyun eksenel yönden girip çarktan eksenel yönde çıktığı bir karşıt akışlı türbindir. Bu türbin türü ikiye ayrılır: sabit kanatlı tip (vidalı tip) ve döner tip (Kaplan tipi). Birincisinin kanatları sabittir, ikincisinin kanatları ise döndürülebilir. Eksenel akışlı türbinin su geçirme kapasitesi Francis türbinine göre daha büyüktür. Pervaneli türbinin kanatları yük değişimleriyle birlikte konum değiştirebildiği için, geniş bir yük değişim aralığında daha yüksek verimliliğe sahiptir. Eksenel akışlı türbinin kavitasyona karşı direnci ve mekanik dayanımı Francis türbinine göre daha kötüdür ve yapısı da daha karmaşıktır. Şu anda bu tür türbinin uygulanabilir düşüş yüksekliği 80 m veya daha fazlasına ulaşmıştır.
3) Borulu türbin. Bu tip su türbininde su akışı, çarktan eksenel olarak dışarı akar ve çarkın öncesinde ve sonrasında dönme olmaz. Kullanım yüksekliği aralığı 3-20 metredir. Gövde, düşük yükseklik, iyi su akışı koşulları, yüksek verimlilik, daha az inşaat işi, düşük maliyet, sarmal ve kavisli emme borularına ihtiyaç duyulmaması gibi avantajlara sahiptir ve yükseklik ne kadar düşük olursa, avantajlar o kadar belirginleşir.
Borulu türbinler, jeneratör bağlantısı ve iletim moduna göre tam akışlı ve yarı akışlı olmak üzere ikiye ayrılır. Yarı akışlı türbinler ise ampul tipi, şaft tipi ve şaft uzatma tipi olmak üzere üç alt tipe ayrılır. Bunlardan şaft uzatma tipi de eğik eksenli ve yatay eksenli olmak üzere ikiye ayrılır. Şu anda en yaygın kullanılan ampul tipi, şaft uzatma tipi ve dikey şaft tipi çoğunlukla küçük ünitelerde kullanılmaktadır. Son yıllarda şaft tipi büyük ve orta ölçekli ünitelerde de kullanılmaya başlanmıştır.
Şaft uzatmalı boru ünitesinin jeneratörü su yolunun dışına monte edilir ve jeneratör, daha uzun eğimli veya yatay bir şaft ile türbine bağlanır. Bu şaft uzatmalı yapı, ampul tipi yapıya göre daha basittir.
4) Çapraz Akışlı Türbin. Çapraz akışlı (diyagonal olarak da adlandırılan) türbinin yapısı ve boyutu, karışık akışlı ve eksenel akışlı türbinler arasındadır. Ana fark, çark kanatlarının merkez hattının türbinin merkez hattına belirli bir açıda olmasıdır. Yapısal özelliklerinden dolayı, ünitenin çalışma sırasında batmasına izin verilmez; bu nedenle, kanatların ve çark haznesinin çarpışması sonucu oluşabilecek kazaları önlemek için ikinci bir yapıya eksenel yer değiştirme sinyal koruma cihazı monte edilmiştir. Çapraz akışlı türbinin kullanım yüksekliği aralığı 25～200m'dir.
Yayın tarihi: 19 Ekim 2021
