Контртурбіна - це вид гідравлічного механізму, який використовує тиск потоку води для перетворення енергії води в механічну енергію.
(1) Конструкція. Основними структурними компонентами контратурбіни є робоче колесо, камера відведення води, механізм направлення води та відсмоктувальна труба.
1) Робоче колесо. Робоче колесо – це частина водяної турбіни, яка перетворює енергію потоку води на механічну енергію обертання. Залежно від напрямку перетворення енергії води, конструкції робочих коліс різних контратурбін також відрізняються. Робоче колесо турбіни Френсіса складається з обтічних скручених лопатей, коронки та нижнього кільця, а також інших основних вертикальних компонентів; робоче колесо осьової турбіни складається з лопатей, корпусу робочого колеса та зливного конуса, а також інших основних компонентів: конструкція робочого колеса діагональної турбіни є більш складною. Кут розташування лопатей може змінюватися залежно від умов роботи та узгоджуватися з отвором напрямної лопаті. Центральна лінія обертання лопатей знаходиться під косим кутом (45°-60°) до осі турбіни.
2) Водовідвідна камера. Її функція полягає в тому, щоб забезпечити рівномірний потік води у водонаправляючий механізм, зменшити втрати енергії та підвищити ефективність турбіни. У великих та середніх турбінах часто використовуються металеві спіралі круглого поперечного перерізу з напором понад 50 м та бетонні спіралі трапецієподібного поперечного перерізу для тих, що нижче 50 м.
3) Механізм направлення води. Він зазвичай складається з певної кількості обтічних напрямних лопаток та їх обертових механізмів, рівномірно розташованих по периферії робочого колеса. Його функція полягає в рівномірному направленні потоку води в робоче колесо та, регулюючи відкриття напрямного лопатки, зміні швидкості потоку турбіни відповідно до вимог навантаження генераторної установки, а також він відіграє роль герметизації води, коли він повністю закритий.
4) Відсмоктувальна труба. Потік води на виході з робочого колеса все ще містить частину надлишкової енергії, яка не була використана. Роль відсмоктувальної труби полягає в тому, щоб рекуперувати цю частину енергії та скидати воду нижче за течією. Відсмоктувальні труби поділяються на два типи: прямі конусні та вигнуті. Перші мають великий коефіцієнт енергії та зазвичай підходять для невеликих горизонтальних та трубчастих турбін; другі мають нижчу гідравлічну продуктивність, ніж прямі конусні, але меншу глибину копання та широко використовуються у великих та середніх контратакувальних турбінах.
(2) Класифікація. За осьовим напрямком потоку води через робоче колесо ударні турбіни поділяються на турбіну Френсіса, турбіну з діагональною смугою потоку, осьову турбіну та трубчасту турбіну.
1) Турбіна Френсіса. Турбіна Френсіса (радіально-осьова або Френсіс) — це турбіна зустрічного типу, в якій вода тече радіально від кола робочого колеса до осьового напрямку. Цей тип турбіни має широкий діапазон застосовних напорів (30-700 м), просту конструкцію, малий об'єм та низьку вартість. Найбільшою турбіною Френсіса, яка була введена в експлуатацію в Китаї, є гідроелектростанція Ертан, з номінальною вихідною потужністю 582 МВт та максимальною вихідною потужністю 621 МВт.
2) Осьова турбіна. Осьова турбіна – це контратурбіна, в якій вода надходить з осьового напрямку та витікає з робочого колеса в осьовому напрямку. Цей тип турбіни поділяється на два типи: з нерухомими лопатями (гвинтовий тип) та роторний тип (тип Каплана). Лопаті першої нерухомі, а лопаті другої можуть обертатися. Водопропускна здатність осьової турбіни більша, ніж у турбіни Френсіса. Оскільки лопаті лопатевої турбіни можуть змінювати положення зі зміною навантаження, вони мають вищий ККД у широкому діапазоні змін навантаження. Антикавітаційні характеристики та механічна міцність осьової турбіни гірші, ніж у турбіни Френсіса, а конструкція також складніша. Наразі застосовний напір цього типу турбіни досяг 80 м або більше.
3) Трубчаста турбіна. Потік води в цьому типі водяної турбіни витікає аксіально з робочого колеса, і немає обертання до та після робочого колеса. Діапазон робочого напору становить 3-20. Фюзеляж має переваги: невелика висота, хороші умови для потоку води, висока ефективність, менше цивільних конструкцій, низька вартість, відсутність потреби в спіралях та вигнутих відвідних трубах, і чим нижчий напір, тим очевидніші переваги.
Трубчасті турбіни поділяються на два типи: повнопроточні та напівпроточні, залежно від підключення генератора та режиму передачі. Напівпроточні турбіни також поділяються на турбіни з колбою, з валом та з подовженням вала. Серед них турбіни з подовженням вала також поділяються на два типи. Існують турбіни з похилою віссю та з горизонтальною віссю. Наразі найбільш широко використовуваними є турбіни з колбою, з подовженням вала та з вертикальним валом, які в основному використовуються в малих агрегатах. В останні роки турбіни з валом також використовуються у великих та середніх агрегатах.
Генератор трубчастого блоку подовження вала встановлений поза водним шляхом, а генератор з'єднаний з турбіною за допомогою довшего похилого валу або горизонтального валу. Конструкція такого типу подовження вала простіша, ніж у лампоподібного типу.
4) Турбіна з діагональним потоком. Конструкція та розмір турбіни з діагональним потоком (також званої діагональною) знаходяться між турбіною змішаного та осьового потоків. Основна відмінність полягає в тому, що центральна лінія лопаток робочого колеса знаходиться під певним кутом до центральної лінії турбіни. Через конструктивні характеристики установка не може просідати під час роботи, тому в другій конструкції встановлено пристрій захисту від сигналу осьового зміщення, щоб запобігти зіткненню лопаток та камери робочого колеса. Діапазон використання турбіни з діагональним потоком становить 25～200 м.
Час публікації: 19 жовтня 2021 р.
