اصل عمل جریان و ویژگی های ساختاری هیدروژنراتور واکنشی

توربین واکنش نوعی ماشین هیدرولیکی است که با استفاده از فشار جریان آب، انرژی هیدرولیک را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند.

(1) ساختار.اجزای ساختاری اصلی توربین واکنش شامل رانر، محفظه سرپایی، مکانیزم هدایت آب و لوله کشش است.
1) دوندهرانر جزئی از توربین هیدرولیک است که انرژی جریان آب را به انرژی مکانیکی دوار تبدیل می کند.با توجه به جهت های مختلف تبدیل انرژی آب، ساختار دونده توربین های واکنش مختلف نیز متفاوت است.دونده توربین فرانسیس از تیغه های پیچ خورده ساده، تاج چرخ و حلقه پایینی تشکیل شده است.دونده توربین جریان محوری از پره ها، بدنه دونده، مخروط تخلیه و سایر اجزای اصلی تشکیل شده است: ساختار دونده توربین جریان شیبدار پیچیده است.زاویه قرارگیری تیغه می تواند با شرایط کار تغییر کند و با باز شدن پره راهنما مطابقت داشته باشد.خط مرکز چرخش تیغه یک زاویه مایل (45 درجه ~ 60 درجه) با محور توربین تشکیل می دهد.
2) اتاق سر.عملکرد آن این است که جریان آب را به طور یکنواخت به مکانیسم هدایت آب، کاهش اتلاف انرژی و بهبود کارایی توربین هیدرولیک انجام دهد.کیس مارپیچی فلزی با مقطع دایره ای اغلب برای توربین های هیدرولیک بزرگ و متوسط ​​با سر آب بالای 50 متر استفاده می شود و کیس مارپیچی بتنی با مقطع ذوزنقه ای اغلب برای توربین هایی با سر آب زیر 50 متر استفاده می شود.
3) مکانیسم راهنمای آب.عموماً از تعداد معینی پره‌های راهنمای کارآمد و مکانیسم‌های چرخشی آن‌ها که به طور یکنواخت در حاشیه دونده چیده شده‌اند، تشکیل شده است.عملکرد آن هدایت جریان آب به سمت رانر به طور یکنواخت و تغییر جریان عبوری توربین هیدرولیک با تنظیم دهانه پره راهنما است تا نیازهای بار واحد ژنراتور را برآورده کند.همچنین در صورت بسته شدن کامل نقش آب بندی را ایفا می کند.
4) لوله کششی.بخشی از انرژی باقی مانده در جریان آب در خروجی دونده استفاده نشده است.وظیفه لوله کشش بازیابی این انرژی و تخلیه آب در پایین دست است.لوله پیش نویس را می توان به شکل مخروطی مستقیم و شکل منحنی تقسیم کرد.اولی ضریب انرژی بالایی دارد و به طور کلی برای توربین های کوچک افقی و لوله ای مناسب است.اگرچه عملکرد هیدرولیکی دومی به خوبی مخروط مستقیم نیست، عمق حفاری کم است و به طور گسترده در توربین های واکنشی با اندازه بزرگ و متوسط ​​استفاده می شود.

,

(2) طبقه بندی.توربین واکنش به توربین فرانسیس، توربین مورب، توربین محوری و توربین لوله ای با توجه به جهت جریان آب که از سطح شفت رانر عبور می کند، تقسیم می شود.
1) توربین فرانسیس.توربین فرانسیس (جریان محوری شعاعی یا فرانسیس) نوعی توربین واکنشی است که در آن آب به صورت شعاعی در اطراف رانر جریان دارد و به صورت محوری جریان دارد.این نوع توربین دارای طیف وسیعی از هد قابل اجرا (30 تا 700 متر)، ساختار ساده، حجم کم و هزینه کم است.بزرگترین توربین فرانسیس که در چین به بهره برداری رسیده است، توربین نیروگاه برق آبی ارتان با توان نامی خروجی 582 مگاوات و حداکثر توان خروجی 621 مگاوات است.
2) توربین جریان محوری.توربین جریان محوری نوعی توربین واکنشی است که در آن آب به صورت محوری به داخل و خارج رانر جریان می یابد.این نوع توربین به دو دسته پروانه ثابت (نوع پروانه پیچی) و پروانه چرخشی (نوع کاپلان) تقسیم می شود.تیغه های اولی ثابت هستند و تیغه های دومی می توانند بچرخند.ظرفیت تخلیه توربین جریان محوری بیشتر از توربین فرانسیس است.از آنجایی که موقعیت پره توربین روتور می تواند با تغییر بار تغییر کند، در محدوده وسیعی از تغییر بار دارای راندمان بالایی است.مقاومت کاویتاسیون و مقاومت 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 بیش از 80 متر رسیده است.
3) توربین لوله ای.جریان آب این نوع توربین به صورت محوری از جریان محوری به سمت رانر جریان دارد و قبل و بعد از رانر هیچ چرخشی وجود ندارد.محدوده هد استفاده 3 تا 20 است. دارای مزایای ارتفاع بدنه کوچک، شرایط جریان آب خوب، راندمان بالا، کمیت مهندسی عمران کم، هزینه کم، بدون پیچ و تاب و لوله کشش منحنی، و هرچه سر آب کمتر باشد، مزایای آن آشکارتر است
با توجه به نحوه اتصال و انتقال ژنراتور، توربین لوله‌ای به دو نوع کامل لوله‌ای و نیمه لوله‌ای تقسیم می‌شود.نوع نیمه لوله ای بیشتر به نوع لامپ، نوع شفت و نوع گسترش شفت تقسیم می شود که در میان آنها نوع گسترش شفت به شفت شیبدار و شفت افقی تقسیم می شود.در حال حاضر پرکاربردترین نوع لوله ای حباب دار، نوع اکستنشن شفت و نوع شفت می باشد که بیشتر برای واحدهای کوچک استفاده می شود.در سال های اخیر از نوع شفت برای واحدهای بزرگ و متوسط ​​نیز استفاده می شود.
ژنراتور واحد لوله ای توسعه محوری در خارج از کانال آب نصب شده است و ژنراتور با یک شفت شیبدار طولانی یا شفت افقی به توربین آب متصل می شود.ساختار این نوع پسوند شفت ساده تر از نوع لامپ است.
4) توربین جریان مورب.ساختار و اندازه توربین جریان مورب (همچنین به عنوان مورب شناخته می شود) بین جریان فرانسیس و جریان محوری است.تفاوت اصلی این است که خط مرکزی پره دونده در یک زاویه مشخص با خط مرکزی توربین قرار دارد.به دلیل ویژگی های سازه ای، دستگاه در حین کار اجازه غرق شدن را ندارد، بنابراین دستگاه حفاظت سیگنال جابجایی محوری برای جلوگیری از برخورد تیغه و محفظه رانر در سازه دوم تعبیه شده است.محدوده استفاده از توربین جریان مورب 25 تا 200 متر است.

در حال حاضر، بزرگترین واحد توان خروجی نامی توربین قطره شیبدار در جهان 215 مگاوات (اتحاد جماهیر شوروی سابق) و بالاترین هد بهره برداری 136 متر (ژاپن) است.