كما نعلم جميعًا، تُعدّ مجموعة مولدات التوربينات المائية العنصر الميكانيكي الأساسي والرئيسي في محطات الطاقة الكهرومائية. لذلك، من المهم للغاية ضمان استقرار تشغيل وحدة التوربين الهيدروليكية بأكملها. هناك العديد من العوامل التي تؤثر على استقرار وحدة التوربين الهيدروليكية، والتي وُجدت منذ تصميمها.
في تصميم وحدة التوربين الهيدروليكية ككل، يكون تأثير التصميم الهيدروليكي ضئيلاً. عند تشغيل وحدة التوربين المائي في الظروف العادية، يستمر تدفق الماء عند مخرج المضخة في التدفق للخارج، ولن يدور. عندما لا يكون التوربين في حالة التشغيل المثلى، سيشكل التدفق عند مخرج المضخة تدريجيًا تدفقًا دائريًا في أنبوب سحب التوربين. عندما يكون التوربين تحت حمل جزئي منخفض بنسبة 40-70%، يدور التدفق عند مخرج المضخة للأمام ويشكل تدريجيًا دوامة شريطية، مما قد يتسبب في اهتزاز وحدة التوربين.
في تشغيل التوربين الهيدروليكي، يُعدّ نبض ضغط أنبوب السحب العاملَ الأهمّ المُسبّب لاهتزاز وحدة التوربين الهيدروليكي، وهذا العامل يُشكّل خطرًا على التشغيل الطبيعي لتوربين فرانسيس. إضافةً إلى ذلك، إذا تشكّلت دوامة كارمان في ذيل التدفق حول الجناح، فسيؤثر ذلك أيضًا على التشغيل الطبيعي للتوربين الهيدروليكي، إذ يُؤدّي إلى اهتزاز قسريّ لشفرة المحرّك. عندما يُشكّل تردد هذا الاهتزاز القسري علاقةً مضاعفةً مع تردد الاهتزاز الطبيعي لشفرة المحرّك، فسيؤدي ذلك إلى تشقّقات في شفرة المحرّك، بل وحتى كسرها.
بالإضافة إلى ذلك، هناك عامل آخر يؤثر على استقرار تشغيل التوربين، وهو العامل الهيدروليكي. إذا انحرفت حالة تشغيل وحدة التوربين عن حالة تصميمه، فستحدث ظاهرة فصل التدفق عند مدخل ومخرج الريشة. ونظرًا لعدم استقرار وتيرة ظاهرة فصل التدفق، تختلف درجة الضرر أيضًا. يُعد النموذج الهيدروليكي للتوربين الهيدروليكي مصدر الطاقة لمحطة الطاقة الكهرومائية بأكملها.
إن التصميم الهيكلي العلمي والمعقول ومعالجة وتصنيع وحدة توربينات المياه يمكن أن يحسن بشكل فعال استقرار تشغيل توربينات المياه، والعوامل الرئيسية التي تؤثر على تصميمها الهيكلي وتصنيعها هي كما يلي:
① بالنسبة لمكونات مجرى التدفق، عندما يؤثر ضغط التدفق في مجرى التدفق عليها، فإنه يُنتج إجهادًا. مع زيادة الإجهاد، سيؤدي ذلك إلى تشوه مرن للمكونات. بالإضافة إلى ذلك، عند تحريك التدفق، سيُنتج كل مكون اهتزازًا أيضًا. عندما يكون تردد اهتزاز تدفق الماء هو نفسه التردد الطبيعي للمكونات، فإنه سيُنتج أيضًا رنينًا، والذي لن يُسبب تلوثًا ضوضائيًا خطيرًا فحسب، بل سيؤثر أيضًا على التشغيل العادي لوحدة التوربين الهيدروليكي. خاصة بالنسبة لوحدة التوربين المائي ذات الحجم الكبير والسرعة المنخفضة، فإن ترددها الطبيعي قريب جدًا من التردد الهيدروليكي المنخفض، لذلك من السهل أن تتأثر بالرنين.
② تأثير تقنية المعالجة. في معالجة وتصنيع وحدة التوربينات الهيدروليكية، إذا لم تكن معالجة الشفرات دقيقة، أو حدثت أخطاء في عملية لحام المكونات، فستكون قيم فتحات مدخل ومخرج الشفرات غير متساوية نسبيًا، مما سيؤدي في النهاية إلى مشاكل اهتزاز في محرك وحدة التوربينات الهيدروليكية.
③ عند معالجة حلقة المتاهة، فإن الشكل البيضاوي الكبير سيؤدي أيضًا إلى مشاكل اهتزاز الوحدة.
بالإضافة إلى ذلك، تؤثر جودة تركيب وحدة التوربينات المائية على استقرار تشغيلها. في مختلف مكونات وحدة التوربينات الهيدروليكية، إذا لم تكن محامل التوجيه متحدة المركز أو كان المحور غير صحيح، فسيؤدي ذلك إلى اهتزاز هيدروليكي واهتزاز مكونات المحامل.
وقت النشر: ٢٢ سبتمبر ٢٠٢١
