نيروگاه های آبی:(بخش دوم توربین)

[Murtaza]

 

طبقه توربین

توربين يك سيستم مكانيكي است كه انرژي پتانسيل آب را به انرژي مکانيكي تبديل مي كند. مقدار انرژي توليد شده به پارامترهايي از قبيل هد، دبي و مقدار تلفات نشتي بستگي دارد.

 

١- طبقه بندي براساس نوع جریان آب:

الف  توربين هاي جريان محوري (جريان آب در طول محور) Kaplan, Propeller

ب  توربين هاي جريان شعاعي (جريان آب در امتداد شعاع) Francis

پ  توربين هاي جريان مماسي (جريان آب در جهت مماس) Pelton

ت  توربين هاي ترکيبي ورودي شعاعي - خروجي محوري Francis

 
2- طبقه بندي براساس عمل سيال :

الف: توربین  های ضربه‌ای بصورت پلتون ساخته می‌شوند.وقتی انرژی حاصل از فشار آب در وهله اول به انرژی جنبشی تبدیل شده و آب در فشار اتمسفری پره‌های توربین را می‌چرخاند.

ب: توربین‌های واکنشی بصورت کاپلان و فرانسیس و پروپلر ساخته می‌شوند. در این حالت قبل از آنکه آب به پره‌ها برخورد کند در اثر نیروی واکنشی تنها قسمتی از انرژی آب به انرژی مکانیکی  و الکتریکی تبدیل می‌شود.

 

توربين چرخ پِلتُن :

اين توربين برای سد با ارتفاع زياد مناسب می باشد. اين توربين شامل روتوري است که در اطراف آن محفظه هاي سطحي(Bucket) قرار گرفته است. براي به حرکت درآوردن توربين و ايجاد انرژي جنبشي در آن  نياز به تزريق آب با فشار زياد به سطل ها مي باشد. سطل ها از وسط به دو نيم مجزا هستند و آب پس از برخورد به مرکز آن به اطراف حرکت نموده و با مقدار 10 الی 15 درصد سرعت اوليه به مسير برگشتي آب منتقل مي شود.

 

توربین فرانسیس:

توربین فرانسیس یک توربین واکنشی است، یعنی این توربین از کل ارتفاع قابل دسترسی (Head)  قسمتی را بصورت انرژی فشاری و قسمتی را بصورت انرژی جنبشی استفاده می کند به همین دلیل در یک سوی آن آب پرفشار و در سوی دیگر آب خروجی کم فشار وجود دارد. این توربین برای سد با ارتفاع متوسط استفاده می شود. توربین فرانسیس برای سرعت های بالا طراحی میشود، در نتیجه ابعاد و وزن آنها کمتر خواهد بود،بازده توربین فرانسیس دربار کامل 92 % و در بارهای کسری و پائین تا 65 % کاهش می یابد.

توربین کاپلان:

اين توربين اساساً براي سدهاي با ارتفاع کم بوده و بنابراين همانند توربين فرانسيس براي داشتن خروجي مناسب نياز به مقدار زيادي آب براي چرخش دارد. اين توربين نيز همانند توربين فرانسيس واکنشي است. همانند توربين فرانسيس اين توربين نيز داراي مكانيزم ورود و جمع آوري آب میباشد، با اين تفاوت که در توربين فرانسيس آب بصورت شعاعي وارد مي شود اما در توربين کاپلان ورود آب بصورت محوري به پره ها مي خورد. در توربين کاپلان تنها ٣ الي ٦ پره وجود دارد که باعث کاهش مقاومت اصطكاك ميشود. توربين کاپلان معمولا داراي کانالهاي ورودي و خروجي آب است. چون ارتفاع سد کم است نياز به مقدار متنابهي آب براي چرخش توربين است.براي هدايت مقدار زياد آب به قسمت محرك توربين ديواره هاي پوشش مارپيچ که در تماس با پره هاي راهنما هستند بصورت دو ديوار منحني شكل ساخته مي شوند. راندمان توربين کاپلان در تمامي بارها ٩٠ % مي باشد.

 

توربین پروپلر:

اين توربين طوري طراحي شده است که محرک آن با آب بصورت محوري در تماس بوده و در آن زاويه پره‌ها در هنگام حرکت تغيير نمي يابد . ساختمان قسمت محرک آن طوري است که پره ها بصورت قالب بر روي يک توپي مستقر شده اند. راندمان اين توربين در بار کامل ٩٢ % و در نصف بار کامل ۶۵ % است. چنين توربينهايي داراي منحني راندمان پيک مي باشند.

 

 

اجزای توربین:

هر توربين شامل اجزاء زير است :

محفظه حلزونـي(Spiral Case):  مجرایی است به شکل حلزون که دریچه‌های عبور آب(گایدون‌ها)و پره‌های توربین(رانر) در وسط آن قرار دارد،نقش محفظه حلزونی در توربین‌های فرانسیس، سطح مجرای حلزونی به تدریج کم می‌شود که باعث افزایش و سرعت سیال آب می‌شود و فشار وارده به هر دریچه یکنواخت و ثابت می‌باشد.

هد كاور (درپوش توربين)(Head Cover): هد کاور یک قطعه فلزی است که اجزایی مثل پره‌های تنظیم کننده، یاتاقان هادی، اتصالات سروموتور و بعضی ازلوله‌ها وتجهیزات به آن متصل شدهاند.

حلقه ثابت(Stay ring): رینگ ثابت جزئی از توربین است که نیروی توربین و ژنراتور را به پایه بتونی منتقل میکند و از ورق جوشکاری شده ساخته میشود که شامل رینگهای بالا و پائین است که بین آنها پره‌های ثابت قرار دارند. این پره‌ها جهت هدایت آب بداخل رانر از طریق پره‌های تنظیم کننده پیشبینی شده است.

گایدون(پره‌های راهنما) پره‌های راهنما بصورت ثابت به محفظه حلزونی جوش داده شده است این پره ها در قسمت حلقه خارجی و ساکن توربین می باشند و وظیفه هدایت آب را به سمت قسمت چرخان توربین دارند.

 پره‎هاي تنظيم‎كننده جريان آب(Wicket gate) : از اين پره‎ها  براي كنترل و تنظیم دبي آب  توربين استفــاده مي‌شود. جنس آنها از فـولاد زنگ نـزن است که به موازات محور توربین در قسمت متحرک نصب شده اند. این پره ها بصورت همزمان و لحظه ای در یک جهت حرکت می کنند و مقدار حرکت آن ها بستگی به میزان آب کنترل شده دارد. حرکت پره های راهنما توسط گاورنر واحد کنترل و تنظیم می شود.

آب‌بند(تراوبند زوغالی)(shaft seal): این آب‌بند در بالای رانر قرار گرفته و به منظور جلوگیری از نشت آب توربین در زمان کارکرد، پیش‌بینی شده است برای جلوگیری از نشت آب؛ آب‌بند با یک سیستم آب تحت فشار تغذیه میشود.آب تحت فشاری که برای شفت سیل استفاده می شود از خطوط کولینگ‌واتر تامین میشود .

رینگ تخلیه: این رینگ از صفحات جوش کاری شده ساخته می شود که دارای یک فلنج جهت اتصال به رینگ تحتانی و یک فلنج دیگر جهت اتصال به درافت تیوب می باشد.

یاتاقان هادی توربین(Guide Bearing): این یاتاقان برای هدایت شافت و تحمل نیروهای شعاعی است که بوسیله روغن روانکاری میگردد. روغن روانکاری بوسیله آب کولینگ خنک می شود.

پوشش محفظه توربین(Pit Liner):محفظه بتونی توربین مجهز به یک لایه پوششی پولادی است که برای استحکام اتصال آن، از مهار فولادی در بتون استفاده شده است. برای قرارگیری رانر(Runner) در موقیعت خود از دو رینگ استفاده می گردد. یکی حلقه تحتانی (Bottom Ring)که در قسمت پایین Runner قرار دارد و برای قسمت بالایی از Head cover استفاده می شود.

درافت تيوب(لوله مکش)(Draft tube): این لوله به شکل زانویی بوده و زیر رینگ تخلیه قراردارد و شامل مخروطی، زانویی و قسمت افقی میباشد. درافت تیوب مانند دیفیوزر عمل نموده و باعث افزایش فشار خروجی توربین و کاهش سرعت آب در خروجی میشود. به منظور جلوگیری از جدایش جریان و افت راندمان در قطعات میانی زانویی سطح مقطع قطعات در مسیر جریان به جای افزایش کاهش می یابد .در صورت نیاز  به تخلیه آب درافت تیوب میتوان توسط استاپ لاگها دریچه‌ها را در انتهای زانویی درافت تیوب قرار داد تا درافت تیوب از آب پائین دست جدا گردد و سپس توسط پمپ هایی که در آنجا قرار دارد آب به پایاب ریخته می شوند، چون سطح آب پایاب بالاتر از لوله مکش است نمی توان مستقیماً آب آن را تخلیه کرد. در طبقه درافت تیوب یک حوضچه آب وجود دارد که بعنوان زهکش نیروگاه یا Drainage sump تمام آب های نشتی در ساختمان نیروگاه به این حوضچه میریزد و سپس توسط پمپ هایی که در آنجا قرار دارد به پایاب ریخته می شوند.

 

کاویتاسیون :

هرگاه فشار درون لوله به فشار بخار مایع نزدیک شود یا برسد مایع موجود در لوله شروع به حالت جوشیدن می کند و حباب های بخار در آن تشکیل می شود. این حباب های کوچک به همراه مایع به نقاطی که فشار در انجا بالاتر است منتقل می شود و می ترکند و باعث ایجاد اسیب به بدنه های لوله و پره های توربین می شود. این پدیده را کاویتاسیون خلازایی می نامند کاویتاسیون پدیده ای است که در سرعتهای بالا باعث خرابی و ایجاد گودال می گردد ، امواج ضربه ای ایجاد می کند و به مرز بین سیال و سازه ضربه زده و پس از مدت کوتاهی روی مرز جامد ایجاد فرسایش و خوردگی میکند.در هنگام چرخش توربین احتمال بوجود آمدن خلاء در زیر وجود دارد ، برای جلوگیری از ایجاد این پدیده ، لوله ای از میان شافت توربین عبور کرده و به یک شیر یک طرفه متصل شده است . وظیفه این شیر این است  هوا را به زیر می فرستد و از ایجاد خلاء جلوگیری می کند و مانع بیرون زدگی آب می‌شود

 

گاورنر:

هر واحد نیروگاهی برای کنترل سرعت و قدرت توربین به یک دستگاه گاورنر برای تنظیم جریان آب ورودی به توربین، مجهز میگردد

گاورنرها به سه دسته تقسیم میشوند:

- گاورنر مکانیکی

- گاورنر الکترومکانیکی

- گاورنر الکترونیکی

در حال حاضر فقط از گاورنر الکترونیکی در نیروگاههای جدید استفاده میشود و گاورنرهای مکانیکی و الکترومکانیکی را فقط

در نیروگاههای قدیمی میتوان پیدا کرد.گاورنرهای جدید دارای دو قسمت الکترونیکی و هیدرولیکی میباشند.

قسمت الکترونیکی گاورنر:

یک کنترلکننده الکترونیکی کنترل سیستم را بر عهده میگیرد. بر اساس سیگنالهای ورودی فوق و پردازش آنها در به شیر راهنما اعمال شده و با عملکرد این - کنترلکننده، سیگنال خروجی گاورنر الکترونیکی شیر، فشار و دبی لازم روغن برای حرکت سرووموتور و دریچه‌های هادی توربین از طریق شیر کنترل اصلی گاورنر فراهم میگردد.کنترل کننده فوق معمولاً به صورت دوتایی به عنوان گاورنر اصلی و گاورنر پشتیبان در تابلوی کنترل گاورنر قرار میگیرند.

سروموتور گاورنر :

سیستم کنترل گاورنر دارای سه حالت عملکرد به شرح زیر است:

1- حالت کنترل سرعت با کنترل کننده

2-حالت کنترل مقدار بازشدگی پره های راهنما توربین با کنترل کننده تناسبی

3-حالت کنترل توان خروجی ژنراتور با کنترل کننده

قسمت هیدرولیکی گاورنر

قسمت هیدرولیکی گاورنر شامل تجهیزات زیر میباشد:

1- عمل کننده‌های الکتروهیدرولیکی برای تبدیل سیگنالهای الکتریکی به مقادیر مکانیکی متناظر

2- تقویت کننده هیدرولیکی

3- واحد تأمین فشار روغن

از این واحد به منظور تأمین فشار روغن برای عملکرد سروموتورهای توربین و نهایتاً باز و بسته شدن ویکت گیت‌های توربین

استفاده میشود.

سیستم روغن گاورنر شامل مخزن روغن ، تانک فشار روغن/ هوا ، دو دستگاه پمپ روغن گاورنر،

شیرهای سولونوئیدی، شیر هیدرولیکی، سیستم خنک کن روغن شامل دو دستگاه پمپ،کولر و فیلتردوتایی مربوطه، تجهیزات

کنترل و اندازه‌گیری، لوله‌کشی و غیره میباشد .

 

 

[parhamniazy98]

بسیار مطلب آموزنده ای بود