تحقیق مقاله توربین های آبی

انرژی آبی  

زمانیکه در کوهها و تپّه ها باران می بارد ، آب حاصل از آن بصورت نهر و رودخانه جاری شده و به دریا می ریزد. از آب جاری و ریزشی می توان به نحو احسن استفاده نمود. همانطوریکه قبلاً گفته شد ، انرژی عبارت است از «توانایی انجام کار». بنابراین می توان از آب جاری ، که حاوی انرژی جنبشی است ، برای تولید برق استفاده کرد.  در گذشته برای خرد کردن گندم و ذرت در آسیابها، از آب جاری برای چرخاندن چرخهای چوبی آسیاب استفاده می کردند. این نوع آسیاب را آسیاب آبی یا آسیاب غلات می گفتند. در سال 1086 ، کتاب چند جلدی Domesday نوشته شد. در این کتاب فهرست کلیه املاک ، خانه ها ، فروشگاهها و سایر موارد در انگلستان ارائه شده است. در این کتاب فهرست 5624 آسیاب آبی واقع در جنوب رودخانه ترنت (Trent) در انگلستان درج شده است. به عبارت دیگر به ازای هر 400 نفر یک آسیاب وجود داشت.گردش چرخهای آسیاب آبی یا از طریق آبهای ریزشی (ریزش آب از بالا برروی چرخ) و یا آبهای جاری (رودخانه) صورت می گیرد (این نوع آسیابها در تصویر نشان داده شده اند). امروزه از آب جاری نیزمی توان برای تولید برق استفاده نمود. هیدرو به معنی آب است. بدین ترتیب هیدرو – الکتریک یعنی تولید برق از طریق انرژی آب . استفاده از انرژی جنبشی آب جاری جهت تولید برق را نیروی هیدروالکتریک گویند. با ایجاد سد میتوان جریان رودخانه را متوقف نمود. همانطوریکه در تصویر مربوط به سد شاستا (Shasta) در شمال کالیفرنیا ملاحضه می فرمائید ، با ایجاد سد، مخزنی از آب تشکیل می شود. اما سدهای احداثی برروی رودخانه های بزرگتر باعث تشکیل مخزن نمی شود. جهت تولید برق در یک نیروگاه هیدروالکتریکی ، آب رودخانه به داخل آن هدایت می شود. در تصویر ، سد دالاس را مشاهده می کنید که برروی رودخانه کلمبیا، در طول مرز بین ایالت اورگون و واشنگتن ، احداث شده است.

نیروگاههای آبی بزرگترین تولید کنندگان برق در ایالات متحده هستند. این نیروگاهها 10 درصد از کل برق مصرفی این کشور را تأمین می کنند. ساخت نیروگاههای از این نوع در ایالتهای که دارای کوهستانهای مرتفع و رودخانه های زیادی هستند ، می تواند منجر به افزایش تولید برق شود. به عنوان مثال، در حدود 15 درصد از کل برق تولیدی ایالت کالیفرنیا از نیروگاههای هیدروالکتریک تأمین می شود. اما بیشترین تولید برق آبی مربوط به ایالت واشنگتن است. 3 سد از 6 سد اصلی که برروی رودخانه کلمبیا احداث شده اند عبارتند از گراند کولی (Grand coulee) ، چیف جوزف (Chief joseph) و جان دی (John Day) . حدود 87 درصد از کل برق تولیدی ایالت واشنگتن از نیروگاههای هیدروالکتریک تأمین می شود. مقداری از برق تولیدی این نیروگاهها به ایالتهای دیگر نیز ارسال می شود.

توربینهای آبی وفرایند آن :

توربین آبی ماشینی است که انرژی پتانسیل آب را به انرژی مکانیکی (دورانی ) تبدیل میکند . این حرکت دورانی به محور ژنراتور منتقل شده واز طریق ژنراتور انرژی مکانیکی (حرکت دورانی محور ) به انرژی الکتریکی تبدیل میگردد.قسمت اصلی توربین شامل پره هایی است که بر روی محوری به صورت متقارن محکم شده وباآن دوران مینماید سیال به هنگام عبور از بین پره ها تبادل انرژی انجام داده وانرژی سیال به چرخ منتقل میشود .

توربینهای آبی فرانسیس وفرآیند آن:

اجزای اصلی نیروگاههایی که توربین آنها از نوع فرانسیس میباشد، به شرح ذ یل است :
1- ساختمان نیروگاه و فونداسیون

2- تجهیزات هید رولیکی (لوله تغذیه نیروگاه ، شیرهای ورودی ودریچه‌ها )
3- واحد توربین (محفظه حلزونی )، توزیع کننده ، رینگ ثابت ، شفت اصلی جکهای هیدرولیکی ، لوله مکش ، چرخنده ، گاورنر وژنراتور

4- تاسیسات برقی (ترانسفورماتورها ، کنترلرهای اتو ماتیک ، سیستمهای

روشنایی ، تهویه هوا ، آتش نشانی ، خنک کننده ژنراتور ، سیستمهای تخلیه آب واحدها ، سیستمهای تامین روغن تحت فشار وهوای فشرده)

5- خطوط انتقال قدرت‌

کاربرد توربین های آبی جریان شعاعی-محوری که بنام فرانسیس معروفند در حالتی است که ارتفاع مؤثرسد بین 50 الی 600 متر باشد. کاربرد توربین های آبی جریان شعاعی-محوری که بنام فرانسیس معروفند در حالتی است که ارتفاع مؤثرسد بین 50 الی 600 متر باشد.

چرخنده توربین(Runner) معمولا 12 الی 17 پره است که به صورت حلقوی متعاقب یکدیگرقرارگرفته اند و پره ها به قسمت بالایی چرخ (Crown) و قسمت پایینی (Band) چرخ جوشکاری شده اند بطوریکه این سه قسمت مجموعه محکم چرخنده (Runner) راتشکیل می دهند وچرخنده به شفت اصلی (Main Shaft) متصل شده است و این مجموعه روی هم تشکیل دهنده قسمت دوار (Rotating Part) می باشند.

قطر چرخنده توربین در لبه داخلی پره ها مشخص کننده اندازه توربین جریان شعاعی-محوری فرانسیس می باشد. از آنجاییکه جریان آب در جهت شعاعی واردچرخنده توربین شده ودر جهت محور،چرخنده را ترک می کند این نوع توربین تحت عنوان جریان شعاعی-محوری شناخته شده است .آب از طریق کانال حلزونی (Spiral Case) وارد چرخنده ، رینگ ثابت (Stay Ring) وپره های تنظیم آب (Wicket Gate) می شود. کانال حلزونی توربین معمولااز قولاد کم آلیاژ ساخته می شود. این کانال دارای مقطع دایره ای است و برای تحمل فشار ایجاد شده توسط آب مناسب است . پره های رینگ ثابت طوری طراحی شده اند که بار توربین را از باند بالایی به باند پایین انتقال دهند. بنابراین وظیفه اصلی رینگ ثابت استحکام توربین می باشد. با آرایش منظم پره های رینگ ثابت درجهت جریان از میزان افت هیدرولیکی در ورود به توربین کاسته خواهد شد. دریچه تنظیم (Wicket Gate) شامل 20 الی 24 پره قابل تنظیم (Guide Vanes) می باشد این پره ها طوری طراحی شده اند که جهت مناسب سرعت را در ورود به چرخنده توربین تامین کنند و نیزبرای تنظیم میزان جریان آب به داخل توربین و بالاخره ظرفیت تنظیم می گردند.

آب بوسیله لوله پایاب (Draft Tube) از چرخنده توربین کشیده و به فضای آزاد هدایت می شود. نقش عمده این لوله عبارت از کاهش تدریجی سرعت در پایین چرخنده توربین و به حداقل رساندن انرژی سنتیک آب در خروجی توربین می باشد.

قسمت پوشش بالایی (Head Cover) که درآن یا تاقان اصلی توربین (Guide Bearing) و محورهای پین های پره های هادی(Pivot Pins) محکم شده اند از اجزای مهم توربین می باشد.

پوشش توربین تحمل بارهای هیدرولیکی بزرگی را عهده دار است و به همین علت باید از استحکام کافی برخوردار باشد.

شیرهای پروانه ای:

شیرها ی ورودی

شیر ورودی توربین به منظور قطع جریان در شرایط اضطراری و همچنین جدا کردن یک واحد هنگام تعمیر یا نگهداری یا هنگام خارج کردن یک واحد از

مدارمورد استفاده قرار میگیرد.برای ارتفاع آبهای کمتر از200متر از شیرهای پروانه ای یا BUTTERFLY VALVE استفاده می شود وبرای هد های بالاتر از این مقداراز نوع شیرهای کروی استفاده می گردد.

قطر شیرهای پروانه ای باید حدوداً 10% از قطر لوله ورودی بزرگتر باشد تا افت هد در اثر برخورد سیال به دیسک شیر پروانه ای جبران گردد وعموماً تا قطر 5.5 متر ساخته میشوند.

شیرهای ورودی باید برای حداکثر دبی عبوری توربین در حداکثر هد طراحی شوند تا قادر باشند تنش های ماکزیمم شامل افزایش فشار در اثر پدیده کاویتاسیون(ضربه های ناگهانی) را تحمل کنند.

محل نصب شیر پروانه ای در بالا دست جریان باید حداقل به اندازه 5.5 برابر قطر لوله ورودی از توربین فاصله داشته باشد تا جریان ورودی به توربین تاثیر قابل ملاحظه ای نداشته باشد.

بدنه شیرهای پروانه ای عموماً شکلی شبیه استوانه دارد و درصورت نیاز سطح آن باماشینکاری پرداخت می شود.سطح دیسک باید در امتداد خطوط جریان بوده تا حتی المقدور از ایجاد جریان های گردابی وتغییرات ناگهانی سرعت جلوگیری ونیز تمام سطوح آن در تماس با آب باشد تا از ایجاد پدیده کاویتاسیون جلوگیری گردد.سطح شیر پروانه ای عاری از هر گونه حفره و فرورفتگی وترک بوده و در خصوص آب بندی و جنس ان باید کلیه موارد استاندارد رعایت گردد.

مکانیزم عملکرد شیر پروانه ای با سیلندرهای

هیدرولیکی(SERVOMOTORS) و وزنه های متعادل کننده تنظیم می شود تا بتواند با فشار هیدرولیکی حدود 60 بار باز وبسته شود.در ضمن عملکرد این سیستم توسط کنترلهای هیدرولیکی والکتریکی هدایت می شوند.
دیگر مشخصات شیر های پروانه ای ساخت صنایع اذرآب عبارتند از:
قطر شیر :5.3 متر

وزن نقریبی :272 تن

وزن بدنه شیر :70 تن

وزن دیسک :72 تن

وزن قطعات ریخته گری دیسک:10 الی 15 تن با ضخامت حدود 800 میلی متر ضخامت ورقه های استفاده شده: بین 30 الی 130 میلی متر

کلیه عملیات تولید ، مونتاژ ، ماشینکاری سنگین و اتصال آنها با بهره گیری از تجربه و فن آوری کاملاً پیشرفته در کنار عملیات برشکاری، جوشکاری ، حرارتی ، ماشینکاری دقیق ، تستهای هیدروستاتیک ، نشتی وعملکرد انجام گرفته است.
با ساخت شیر پروانه ای در کارخانجات صنایع آذرآب کشورمان در زمره معدود سازندگان این محصول در دنیا قرار گرفت.

توربینهای عکس العملی:

در این توربین ها چرخ توربین کاملا در داخل آب قرارگرفته و هردو عامل فشارو سرعت از ورودی به توربین یه سمت خارج کاهش می یابد.

توربینهای عکس العملی بسته به جهت جریانی که از چرخ توربین به صورت شعاعی ویا مختلط عبور نماید به دو گروه تقسیم می شوند:

الف) توربین های جریانی محوری (توربینهای پروانه ای)

معروفترین نوع از این گروه توربین(KAPLAN) است و در آن جریان آب ابتدا به صورت افقی ودر جهت شعاعی وارد سیستم شده و بایک زاویه 90 درجه چرخیده و در امتداد محور به پره های چرخنده توربین برخورد می کند وچرخنده را به گردش در می آورد.