עקרון הפעולה והמאפיינים המבניים של זרימת כניסת המים של מחולל טורבינת מתקפת הנגד

טורבינת מתקפת הנגד היא מעין מכונות הידראוליות המשתמשות בלחץ של זרימת המים כדי להמיר אנרגיית מים לאנרגיה מכנית.

(1) מבנה.המרכיבים המבניים העיקריים של טורבינת התקפת הנגד הם הרץ, תא הסחת המים, מנגנון הובלת המים וצינור הטיוטה.
1) רץ.הרץ הוא חלק מטורבינת המים הממיר את האנרגיה של זרימת המים לאנרגיה מכנית מסתובבת.בהתאם לכיוון של המרת אנרגיית המים, מבני הרצים של טורבינות מתקפות נגד שונות גם הם שונים.רץ הטורבינה של פרנסיס מורכב מלהבים מעוותים יעילים, כתר וטבעת תחתונה ורכיבים אנכיים עיקריים אחרים;רץ טורבינת זרימה צירית מורכבת מלהבים, גוף רץ וחרוט ניקוז ורכיבים עיקריים אחרים: מבנה רץ טורבינת הזרימה האלכסונית מורכב יותר.ניתן לשנות את זווית מיקום הלהב בהתאם לתנאי העבודה ולהתאים לפתח שבשבת ההדרכה.קו מרכז סיבוב הלהב נמצא בזווית אלכסונית (45°-60°) לציר הטורבינה.
2) תא הטיית מים.תפקידו לגרום למים לזרום באופן שווה לתוך מנגנון מנחה המים, להפחית את אובדן האנרגיה ולשפר את יעילות הטורבינה.טורבינות גדולות ובינוניות משתמשות לעתים קרובות בסנדלי מתכת בחתך עגול עם ראשים מעל 50 מ', וסנדי בטון בחתך טרפז עבור אלה מתחת לגובה 50 מ'.
3) מנגנון הנחיית מים.הוא מורכב בדרך כלל ממספר מסוים של שבבי הדרכה יעילים ומנגנוני הסיבוב שלהם מסודרים באופן שווה בשולי הרץ.תפקידו להנחות את זרימת המים באופן שווה לתוך הרץ, ועל ידי התאמת פתח שבשבת ההדרכה, לשנות את קצב הזרימה של הטורבינה כדי לעמוד בדרישות העומס של סט הגנרטור, והיא גם משחקת תפקיד של איטום מים כאשר הוא סגור לחלוטין.
4) צינור טיוטה.לזרימת המים במוצא הרץ יש עדיין חלק מעודפי האנרגיה שלא נוצל.תפקידו של צינור הטיוטה הוא לשחזר את חלק האנרגיה הזה ולפרוק את המים במורד הזרם.צינור טיוטה מחולק לשני סוגים, קונוס ישר ומעוקל.לראשון יש מקדם אנרגיה גדול והוא מתאים בדרך כלל לטורבינות אופקיות וצינוריות קטנות;האחרון הוא בעל ביצועים הידראוליים נמוכים יותר מאשר קונוסים ישרים, אך יש לו עומק חפירה קטן יותר, והוא נמצא בשימוש נרחב בטורבינות מתקפות נגד גדולות ובינוניות.

(2) סיווג.לפי הכיוון הצירי של זרימת המים דרך הרץ, טורבינת ההשפעה מחולקת לטורבינת פרנסיס, טורבינת זרימה אלכסונית, טורבינת זרימה צירית וטורבינת צינורות.
1) טורבינת פרנסיס.טורבינת פרנסיס (זרימה צירית רדיאלית או פרנסיס) היא טורבינת התקפה נגדית בה מים זורמים באופן רדיאלי מהיקף הרץ לכיוון הצירי.לסוג זה של טורבינה יש מגוון רחב של ראשים ישימים (30-700 מ'), מבנה פשוט, נפח קטן ועלות נמוכה.טורבינת פרנסיס הגדולה ביותר שהוכנסה לפעולה בסין היא תחנת הכוח הידרו-ארטן, עם הספק נקוב של 582 מגה-וואט והספק מרבי של 621 מג-וואט.
2) טורבינת זרימה צירית.טורבינת הזרימה הצירית היא טורבינת מתקפת נגד בה מים זורמים פנימה מהכיוון הצירי ויוצאים מהרץ בכיוון הצירי.סוג זה של טורבינה מתחלק לשני סוגים: סוג להב קבוע (סוג בורג) וסוג סיבובי (סוג קפלן).הלהבים של הראשונים קבועים, וניתן לסובב את הלהבים של האחרונים.יכולת מעבר המים של טורבינת הזרימה הצירית גדולה מזו של טורבינת פרנסיס.מכיוון שהלהבים של טורבינת ההנעה יכולים לשנות מיקום עם שינויים בעומס, יש להם יעילות גבוהה יותר במגוון רחב של שינויי עומס.הביצועים נגד קוויטציה והחוזק המכני של טורבינת הזרימה הצירית גרועים מזה של טורבינת פרנסיס, והמבנה גם יותר מסובך.נכון לעכשיו, הראש הרלוונטי של סוג זה של טורבינה הגיע ל-80 מטר או יותר.
3) טורבינה צינורית.זרימת המים של סוג זה של טורבינת מים זורמת בציר החוצה מהרץ, ואין סיבוב לפני ואחרי הרץ.טווח ראש הניצול הוא 3-20..לגוף המטוס יש את היתרונות של גובה קטן, תנאי זרימת מים טובים, יעילות גבוהה, פחות הנדסה אזרחית, עלות נמוכה, ללא צורך בוולוטים וצינורות טיוטה מעוקלים, וככל שהראש נמוך יותר, כך היתרונות ברורים יותר.
טורבינות צינוריות מתחלקות לשני סוגים: זרימה מלאה וזרימה למחצה לפי חיבור הגנרטור ומצב הולכה.טורבינות זרימה למחצה מחולקות עוד יותר לסוג נורה, סוג פיר וסוג הארכת פיר.ביניהם, גם סוג הארכת הפיר מחולק לשני סוגים.ישנם ציר אלכסוני וציר אופקי.נכון לעכשיו, הסוג הצינורי הנורה הנפוצה ביותר, סוג הארכת הפיר וסוג הפיר האנכי משמשים בעיקר ביחידות קטנות.בשנים האחרונות נעשה שימוש בסוג הפיר גם ביחידות גדולות ובינוניות.
הגנרטור של יחידת הצינורות הארכת הפיר מותקן מחוץ לנתיב המים, והגנרטור מחובר לטורבינה עם פיר נוטה יותר או פיר אופקי.מבנה מסוג הארכת פיר זה פשוט יותר מסוג הנורה.
4) טורבינת זרימה אלכסונית.המבנה והגודל של טורבינת הזרימה האלכסונית (נקראת גם אלכסונית) נמצאים בין הזרימה המעורבת לזרימה הצירית.ההבדל העיקרי הוא שקו המרכז של להבי הרץ נמצא בזווית מסוימת לקו המרכז של הטורבינה.בשל המאפיינים המבניים, היחידה אינה מורשית לשקוע במהלך הפעולה, ולכן מותקן התקן הגנה לאות תזוזה צירית במבנה השני למניעת תאונות שבהן הלהבים ותא הרץ מתנגשים.טווח ראש הניצול של טורבינת זרימה אלכסונית הוא 25 ~ 200 מ'.