اصل عمل و ویژگی های ساختاری جریان ورودی آب ژنراتور توربین ضد حمله

توربین ضد حمله نوعی ماشین هیدرولیکی است که از فشار جریان آب برای تبدیل انرژی آب به انرژی مکانیکی استفاده می کند.

(1) ساختار.اجزای ساختاری اصلی توربین ضد حمله عبارتند از: رانر، محفظه انحراف آب، مکانیسم هدایت آب و لوله کشش.
1) دوندهرانر بخشی از توربین آبی است که انرژی جریان آب را به انرژی مکانیکی دوار تبدیل می کند.بسته به جهت تبدیل انرژی آب، ساختار دونده توربین های ضد حمله مختلف نیز متفاوت است.رانر توربین فرانسیس از تیغه های پیچ خورده ساده، تاج و حلقه پایینی و سایر اجزای اصلی عمودی تشکیل شده است.دونده توربین جریان محوری از پره ها، بدنه دونده و مخروط تخلیه و سایر اجزای اصلی تشکیل شده است: ساختار دونده توربین جریان مورب پیچیده تر است.زاویه قرارگیری تیغه را می توان با شرایط کار تغییر داد و با باز شدن پره راهنما مطابقت داد.خط مرکز چرخش تیغه در یک زاویه مایل (45-60 درجه) نسبت به محور توربین قرار دارد.
2) اتاق انحراف آب.عملکرد آن این است که جریان آب را به طور یکنواخت به مکانیزم هدایت آب، کاهش اتلاف انرژی و بهبود کارایی توربین انجام دهد.توربین‌های بزرگ و متوسط ​​معمولاً از شیارهای فلزی با سطح مقطع دایره‌ای با سرهای بالاتر از 50 متر و از لوله‌های بتنی با سطح مقطع ذوزنقه‌ای برای موارد زیر 50 متر استفاده می‌کنند.
3) مکانیسم هدایت آب.به طور کلی از تعداد معینی از پره های راهنمای کارآمد و مکانیسم های چرخشی آنها که به طور مساوی در حاشیه دونده چیده شده اند، تشکیل شده است.وظیفه آن هدایت جریان آب به طور یکنواخت به داخل رانر و با تنظیم دهانه پره راهنما، تغییر دبی توربین برای برآوردن بار مورد نیاز مجموعه ژنراتور است و همچنین نقش آب بندی آب را ایفا می کند. وقتی کاملا بسته شد
4) لوله کششی.جریان آب در خروجی رانر هنوز دارای بخشی از انرژی مازاد است که استفاده نشده است.نقش لوله کشش بازیابی این بخش از انرژی و تخلیه آب در پایین دست است.لوله کشی به دو نوع مخروطی مستقیم و منحنی تقسیم می شود.اولی ضریب انرژی زیادی دارد و به طور کلی برای توربین های کوچک افقی و لوله ای مناسب است.دومی عملکرد هیدرولیکی پایین تری نسبت به مخروط های مستقیم دارد، اما عمق حفاری کمتری دارد و به طور گسترده در توربین های ضدحمله بزرگ و متوسط ​​استفاده می شود.

(2) طبقه بندی.با توجه به جهت محوری جریان آب از طریق رانر، توربین ضربه ای به یک توربین فرانسیس، یک توربین جریان مورب، یک توربین جریان محوری و یک توربین لوله ای تقسیم می شود.
1) توربین فرانسیس.توربین فرانسیس (جریان محوری شعاعی یا فرانسیس) یک توربین ضد حمله است که در آن آب به صورت شعاعی از محیط دونده به سمت محوری جریان دارد.این نوع توربین دارای طیف وسیعی از هدهای قابل اجرا (30-700 متر)، ساختار ساده، حجم کم و هزینه کم است.بزرگترین توربین فرانسیس که در چین به بهره برداری رسیده است، نیروگاه برق آبی ارتان است که توان خروجی نامی آن 582 مگاوات و حداکثر توان خروجی آن 621 مگاوات است.
2) توربین جریان محوری.توربین جریان محوری یک توربین ضد حمله است که در آن آب از جهت محوری به داخل جریان می یابد و در جهت محوری از رانر خارج می شود.این نوع توربین به دو نوع تیغه ثابت (نوع پیچی) و دوار (نوع کاپلان) تقسیم می شود.تیغه های اولی ثابت هستند و تیغه های دومی قابل چرخش هستند.ظرفیت عبور آب در توربین جریان محوری بیشتر از توربین فرانسیس است.از آنجایی که پره های توربین پارویی می توانند با تغییرات بار تغییر موقعیت دهند، در طیف وسیعی از تغییرات بار دارای راندمان بالاتری هستند.عملکرد ضد کاویتاسیون و استحکام مکانیکی توربین جریان محوری بدتر از توربین فرانسیس است و ساختار نیز پیچیده تر است.در حال حاضر هد قابل استفاده این نوع توربین به 80 متر یا بیشتر رسیده است.
3) توربین لوله ای.جریان آب این نوع توربین آبی به صورت محوری از رانر خارج می شود و قبل و بعد از رانر هیچ چرخشی وجود ندارد.محدوده هد استفاده 3-20 است..بدنه دارای مزایای ارتفاع کم، شرایط جریان خوب آب، راندمان بالا، مهندسی عمران کمتر، هزینه کم، عدم نیاز به پیچ و لوله کشش منحنی است و هر چه سر پایین تر باشد، مزایای آن آشکارتر می شود.
توربین های لوله ای بر اساس اتصال ژنراتور و حالت انتقال به دو نوع جریان کامل و نیمه عبوری تقسیم می شوند.توربین های نیمه جریان بیشتر به نوع حباب، نوع شفت و نوع گسترش شفت تقسیم می شوند.در این میان نوع پسوند شفت نیز به دو نوع تقسیم می شود.محور مورب و محور افقی وجود دارد.در حال حاضر پرکاربردترین نوع لامپ لوله ای، نوع اکستنشن شفت و نوع شفت عمودی بیشتر در واحدهای کوچک استفاده می شود.در سال های اخیر از نوع شفت در واحدهای بزرگ و متوسط ​​نیز استفاده می شود.
ژنراتور واحد لوله‌ای گسترش شفت در خارج از آبراه نصب می‌شود و ژنراتور با یک شفت شیبدار طولانی‌تر یا شفت افقی به توربین متصل می‌شود.این ساختار از نوع پسوند شفت ساده تر از نوع لامپ است.
4) توربین جریان مورب.ساختار و اندازه توربین جریان مورب (که مورب نیز نامیده می شود) بین جریان مخلوط و جریان محوری است.تفاوت اصلی این است که خط مرکزی پره های رانر در یک زاویه خاص نسبت به خط مرکزی توربین قرار دارد.با توجه به ویژگی های ساختاری، دستگاه در حین کار اجازه غرق شدن را ندارد، بنابراین یک دستگاه حفاظت سیگنال جابجایی محوری در سازه دوم برای جلوگیری از تصادفات ناشی از برخورد تیغه ها و محفظه رانر تعبیه شده است.محدوده استفاده از توربین جریان مورب 25 تا 200 متر است.