Реактивна турбіна - це вид гідравлічного механізму, який перетворює гідравлічну енергію на механічну за допомогою тиску потоку води.
(1) Конструкція. Основні структурні компоненти реактивної турбіни включають робоче колесо, камеру верхнього колектора, водонаправляючий механізм та відсмоктувальну трубу.
1) Робоче колесо. Робоче колесо – це компонент гідравлічної турбіни, який перетворює енергію потоку води на механічну енергію обертання. Залежно від різних напрямків перетворення енергії води, конструкції робочого колеса різних реактивних турбін також відрізняються. Робоче колесо турбіни Френсіса складається з обтічних кручених лопатей, вінця колеса та нижнього кільця; робоче колесо осьової турбіни складається з лопатей, корпусу робочого колеса, нагнітального конуса та інших основних компонентів: конструкція робочого колеса похилої турбіни є складною. Кут розташування лопатей може змінюватися залежно від умов роботи та відповідати отвору напрямного апарату. Центральна лінія обертання лопатей утворює косий кут (45° ~ 60°) з віссю турбіни.
2) Камера напірного колектора. Її функція полягає в тому, щоб забезпечити рівномірний потік води до водонапірного механізму, зменшити втрати енергії та підвищити ефективність гідравлічної турбіни. Металевий спіральний корпус круглого перерізу часто використовується для великих та середніх гідравлічних турбін з напором води понад 50 м, а бетонний спіральний корпус трапецієподібного перерізу часто використовується для турбін з напором води нижче 50 м.
3) Механізм напрямної 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 напрямку потоку води до робочого колеса та зміні прохідного потоку гідравлічної турбіни шляхом регулювання отвору напрямної лопатки, щоб задовольнити вимоги навантаження генераторного агрегату. Він також виконує роль гідроізоляції, коли повністю закритий.
4) Відсмоктувальна труба. Частина енергії, що залишилася у потоці води на виході з жолоба, не використовується. Функція відсмоктувальної труби полягає в рекуперації цієї енергії та скиданні води вниз за течією. Відсмоктувальні труби можна розділити на прямоконусні та вигнуті. Перші мають великий коефіцієнт енергії та зазвичай підходять для невеликих горизонтальних та трубчастих турбін; хоча гідравлічні характеристики других не такі хороші, як у прямоконусних, глибина виїмки невелика, і вони широко використовуються у великих та середніх реактивних турбінах.
,
(2) Класифікація. Реактивні турбіни поділяються на турбіни Френсіса, діагональні турбіни, осьові турбіни та трубчасті турбіни залежно від напрямку потоку води, що проходить через поверхню вала робочого колеса.
1) Турбіна Френсіса. Турбіна Френсіса (радіально-осьова або Френсіс) – це тип реактивної турбіни, в якій вода обтікає робоче колесо радіально та осьово. Цей тип турбіни має широкий діапазон застосовного напору (30 ~ 700 м), просту конструкцію, малий об'єм та низьку вартість. Найбільшою турбіною Френсіса, яка була введена в експлуатацію в Китаї, є турбіна гідроелектростанції Ертан, з номінальною вихідною потужністю 582 МВт та максимальною вихідною потужністю 621 МВт.
2) Осьова турбіна. Осьова турбіна – це тип реактивної турбіни, в якій вода входить і виходить з робочого колеса аксіально. Цей тип турбіни поділяється на турбіни з фіксованим гвинтом (гвинтовий гвинт) та роторний гвинт (тип Каплана). Лопаті першої нерухомі, а лопаті другої можуть обертатися. Пропускна здатність осьової турбіни більша, ніж у турбіни Френсіса. Оскільки положення лопатей ротора турбіни може змінюватися зі зміною навантаження, вона має високий ККД у широкому діапазоні змін навантаження. Стійкість до кавітації та механічна міцність осьової турбіни гірші, ніж у турбіни Френсіса, а конструкція також складніша. Наразі застосовний напір цього типу турбіни досяг понад 80 м.
3) Трубчаста турбіна. Потік води в цьому типі турбіни спрямований осьово від осьового потоку до робочого колеса, і немає обертання до та після робочого колеса. Діапазон робочого напору становить 3 ~ 20. Переваги цієї турбіни включають малу висоту фюзеляжу, хороші умови для потоку води, високу ефективність, низькі будівельні витрати, низьку вартість, відсутність спіральної та вигнутої відвідної труби, і чим нижчий водяний напір, тим очевидніші її переваги.
Залежно від способу підключення та передачі генератора, трубчасті турбіни поділяються на повністю трубчасті та напівтрубчасті. Напівтрубчасті турбіни також поділяються на турбінні, з валом та з подовжувачем вала, серед яких турбінні з подовжувачем вала поділяються на похилі та горизонтальні. Наразі найбільш широко використовуються турбінні турбіни з валом, з подовжувачем вала та з горизонтальним валом, які здебільшого використовуються для малих агрегатів. В останні роки турбінні турбіни з валом також використовуються для великих та середніх агрегатів.
Генератор трубчастого блоку з осьовим подовженням встановлений зовні водяного каналу та з'єднаний з водяною турбіною довгим похилим валом або горизонтальним валом. Конструкція цього типу подовження вала простіша, ніж у лампоподібного типу.
4) Турбіна з діагональним потоком. Конструкція та розмір турбіни з діагональним потоком (також відомої як діагональна) знаходяться між турбіною Френсіса та осьовою турбіною. Основна відмінність полягає в тому, що центральна лінія лопаті робочого колеса знаходиться під певним кутом до центральної лінії турбіни. Через конструктивні особливості агрегат не може опускатися під час роботи, тому в другій конструкції встановлено пристрій захисту від сигналу осьового зміщення, щоб запобігти зіткненню між лопаттю та камерою робочого колеса. Діапазон використання турбіни з діагональним потоком становить 25 ~ 200 м.
Наразі найбільша номінальна вихідна потужність окремого агрегату похилої турбіни у світі становить 215 МВт (колишній Радянський Союз), а найвищий напір – 136 м (Японія).
Час публікації: 01 вересня 2021 р.
