المكونات الرئيسية للتوربينات المائية ومبدأ عمل كل جزء

التوربين المائي هو آلة تُحوّل الطاقة الكامنة للماء إلى طاقة ميكانيكية. باستخدام هذه الآلة لتشغيل مولد كهربائي، يُمكن تحويل طاقة الماء إلى

الكهرباء هذه هي مجموعة المولدات الكهرومائية.
يمكن تقسيم التوربينات الهيدروليكية الحديثة إلى فئتين وفقًا لمبدأ تدفق المياه والخصائص الهيكلية.
نوع آخر من التوربينات التي تستخدم كل من الطاقة الحركية والطاقة الكامنة للمياه يسمى توربين التأثير.

هجوم مضاد
تتدفق المياه المسحوبة من الخزان العلوي أولاً إلى حجرة تحويل المياه (اللولب)، ثم تتدفق إلى القناة المنحنية لشفرة العداء من خلال ريشة التوجيه.
يُولّد تدفق الماء قوة رد فعل على الشفرات، مما يُؤدّي إلى دوران المكره. في هذه الأثناء، تتحوّل طاقة الماء إلى طاقة ميكانيكية، ويُصرّف الماء المتدفق من المجرى عبر أنبوب السحب.

في اتجاه مجرى النهر.
يتضمن توربين التأثير بشكل رئيسي تدفق فرانسيس، والتدفق المائل، والتدفق المحوري. الفرق الرئيسي هو اختلاف هيكل المجرى.
(1) يتكون عداء فرانسيس بشكل عام من 12 إلى 20 شفرة ملتوية انسيابية ومكونات رئيسية مثل تاج العجلة والحلقة السفلية.
تدفق داخلي وتدفق خارجي محوري، هذا النوع من التوربينات لديه مجموعة واسعة من رؤوس المياه القابلة للتطبيق، وحجم صغير وتكلفة منخفضة، ويستخدم على نطاق واسع في رؤوس المياه العالية.
يُقسم التوربين المحوري إلى نوعين: توربين مروحي وتوربين دوار. الأول ذو شفرة ثابتة، والثاني ذو شفرة دوارة. يتكون توربين التدفق المحوري عادةً من 3-8 شفرات، وجسم توربين، ومخروط تصريف، ومكونات رئيسية أخرى. قدرة هذا النوع من التوربينات على تمرير المياه أكبر من توربين تدفق فرانسيس. أما بالنسبة للتوربينات المجدافية، فنظرًا لقدرة الشفرة على تغيير موضعها مع الحمل، تتميز بكفاءة عالية في نطاق التغيرات الكبيرة في الحمل. أداء التوربين في مقاومة التجويف وقوته أقل من أداء توربين التدفق المختلط، كما أن هيكله أكثر تعقيدًا. وهو مناسب بشكل عام لنطاق ارتفاع المياه المنخفض والمتوسط ​​الذي يتراوح بين 10 و15.
(2) وظيفة غرفة تحويل المياه هي جعل الماء يتدفق بالتساوي إلى آلية توجيه المياه، وتقليل فقدان الطاقة لآلية توجيه المياه، وتحسين عجلة المياه.
كفاءة الآلة. بالنسبة للتوربينات الكبيرة والمتوسطة الحجم ذات رأس الماء العلوي، يُستخدم عادةً حلزون معدني ذو مقطع دائري.
(3) يتم ترتيب آلية توجيه المياه بشكل عام بالتساوي حول العداء، مع عدد معين من ريش التوجيه الانسيابية وآليات الدوران الخاصة بها، وما إلى ذلك.
وظيفة التركيبة هي توجيه تدفق المياه إلى العداء بالتساوي، ومن خلال ضبط فتحة ريشة التوجيه، لتغيير فيضان التوربين ليناسب
يمكن لمتطلبات تعديل حمل المولد وتغييره أيضًا أن تلعب دورًا في سد المياه عندما يتم إغلاقها جميعًا.
(4) أنبوب السحب: نظرًا لعدم استخدام بعض الطاقة المتبقية في تدفق المياه عند مخرج العداء، فإن وظيفة أنبوب السحب هي استعادة
جزء من الطاقة يُصرف الماء في اتجاه مجرى النهر. عادةً ما تستخدم التوربينات الصغيرة أنابيب سحب مخروطية مستقيمة، ذات كفاءة عالية، بينما تستخدم التوربينات الكبيرة والمتوسطة الحجم أنابيب سحب مخروطية مستقيمة ذات كفاءة عالية.

لا يمكن حفر أنابيب المياه على عمق كبير، لذلك يتم استخدام أنابيب السحب المنحنية.
بالإضافة إلى ذلك، هناك توربينات أنبوبية، وتوربينات تدفق مائلة، وتوربينات ضخ عكسية، وما إلى ذلك في توربين التأثير.

توربين التأثير:
يستخدم هذا النوع من التوربينات قوة تأثير تدفق المياه عالية السرعة لتدوير التوربين، والأكثر شيوعًا هو النوع الدلو.
تُستخدم توربينات الدلو عادةً في محطات الطاقة الكهرومائية عالية الضغط المذكورة أعلاه. وتشمل أجزاؤها العاملة بشكل رئيسي قنوات المياه والفوهات والرشاشات.
الإبرة، وعجلة الماء، واللولب، وغيرها، مُجهزة بدلاء ماء صلبة على شكل ملعقة على الحافة الخارجية لعجلة الماء. تختلف كفاءة هذا التوربين باختلاف الحمل.
التغيير طفيف، لكن قدرة مرور الماء محدودة بالفوهة، وهي أصغر بكثير من التدفق المحوري الشعاعي. لتحسين قدرة مرور الماء، يجب زيادة الإنتاج.
لتحسين الكفاءة، تم تغيير توربين دلو الماء واسع النطاق من المحور الأفقي إلى المحور الرأسي، وتم تطويره من فوهة واحدة إلى فوهات متعددة.

3. مقدمة عن بنية توربين التفاعل
الجزء المدفون، بما في ذلك الحلزون، وحلقة المقعد، وأنبوب السحب، وغيرها، مدفون جميعها في الأساس الخرساني. وهو جزء من أجزاء تحويل المياه والفائض في الوحدة.

شكل حلزوني
يُقسم اللولب إلى لولب خرساني ولولب معدني. غالبًا ما تستخدم الوحدات ذات ارتفاع الماء في حدود 40 مترًا لولبًا خرسانيًا. أما بالنسبة للتوربينات ذات ارتفاع الماء الذي يزيد عن 40 مترًا، فتُستخدم اللولبات المعدنية عادةً نظرًا لحاجتها إلى المتانة. يتميز اللولب المعدني بمزايا المتانة العالية، وسهولة المعالجة، وسهولة البناء المدني، وسهولة التوصيل مع أنبوب تحويل المياه في محطة الطاقة.

هناك نوعان من الحلزونات المعدنية، الملحومة والمصبوبة.
بالنسبة لتوربينات التصادم الكبيرة والمتوسطة الحجم، التي يتراوح ارتفاع مياهها بين 40 و200 متر، تُستخدم عادةً لوالب ملحومة من ألواح فولاذية. لتسهيل عملية اللحام، يُقسّم اللولب عادةً إلى عدة أقسام مخروطية، كل قسم دائري، ويُصبح الجزء الخلفي من اللولب أصغر حجمًا، ثم يُحوّل إلى شكل بيضاوي للحام بحلقة المقعد. يُشكّل كل قسم مخروطي بواسطة آلة درفلة الألواح.
في توربينات فرانسيس الصغيرة، تُستخدم عادةً حلزونات من الحديد الزهر تُصبّ كاملةً. أما في التوربينات عالية الضغط وذات السعة الكبيرة، فيُستخدم عادةً حلزون من الفولاذ المصبوب، ويُصبّ الحلزون وحلقة المقعد في قطعة واحدة.
الجزء السفلي من الحلزون مزود بصمام تصريف لتصريف المياه المتراكمة أثناء الصيانة.

حلقة المقعد
حلقة المقعد هي الجزء الأساسي في توربين التصادم. بالإضافة إلى تحملها ضغط الماء، فهي تتحمل أيضًا وزن الوحدة بأكملها وخرسانة قسم الوحدة، لذا فهي تتطلب قوة وصلابة كافيتين. تتكون الآلية الأساسية لحلقة المقعد من حلقة علوية وحلقة سفلية وريشة توجيه ثابتة. ريشة التوجيه الثابتة هي حلقة المقعد الداعمة، والدعامة التي تنقل الحمل المحوري، وسطح التدفق. في الوقت نفسه، تُعد جزءًا مرجعيًا رئيسيًا في تجميع المكونات الرئيسية للتوربين، وهي من أقدم القطع المُركّبة. لذلك، يجب أن تتمتع بقوة وصلابة كافيتين، وفي الوقت نفسه، يجب أن تتمتع بأداء هيدروليكي جيد.
حلقة المقعد هي جزء يحمل الحمل وجزء يتدفق، وبالتالي فإن سطح التدفق له شكل انسيابي لضمان الحد الأدنى من الخسارة الهيدروليكية.
عادةً ما تتخذ حلقة المقعد ثلاثة أشكال هيكلية: شكل عمود واحد، وشكل شبه متكامل، وشكل متكامل. في توربينات فرانسيس، تُستخدم عادةً حلقة مقعد ذات هيكل متكامل.

أنبوب السحب وحلقة الأساس
أنبوب السحب هو جزء من مجرى تدفق التوربين، ويوجد نوعان منه: مستقيم، مخروطي، ومنحني. يُستخدم أنبوب السحب المنحني عادةً في التوربينات الكبيرة والمتوسطة. حلقة الأساس هي الجزء الأساسي الذي يربط حلقة مقعد توربين فرانسيس بقسم مدخل أنبوب السحب، وهي مُدمجة في الخرسانة. تدور الحلقة السفلية للمسار داخلها.

هيكل دليل المياه
وظيفة آلية توجيه المياه في توربين الماء هي تشكيل وتغيير حجم دوران تدفق المياه الداخل إلى العداء. تم اعتماد التحكم في ريش التوجيه المتعددة الدوارة مع الأداء الجيد لضمان دخول تدفق المياه بالتساوي على طول المحيط مع فقدان صغير للطاقة تحت معدلات تدفق مختلفة. عداء. تأكد من أن التوربين لديه خصائص هيدروليكية جيدة، وضبط التدفق لتغيير خرج الوحدة، وختم تدفق المياه وإيقاف دوران الوحدة أثناء الإغلاق العادي والطارئ. يمكن تقسيم آليات توجيه المياه الكبيرة والمتوسطة الحجم إلى أسطوانية ومخروطية (من النوع البصلي والتوربينات ذات التدفق المائل) وشعاعية (توربينات كاملة الاختراق) وفقًا لموضع محور ريش التوجيه. تتكون آلية توجيه المياه بشكل أساسي من ريش التوجيه، وآليات تشغيل ريش التوجيه، والمكونات الحلقية، وأكمام العمود، والأختام، والمكونات الأخرى.

هيكل جهاز ريشة التوجيه.
تشتمل المكونات الحلقية لآلية توجيه المياه على حلقة سفلية، وغطاء علوي، وغطاء دعم، وحلقة تحكم، وقوس محمل، وقوس محمل دفعي، وما إلى ذلك. ولديها قوى معقدة ومتطلبات تصنيع عالية.

الحلقة السفلية
الحلقة السفلية عبارة عن جزء حلقي مسطح مثبت بحلقة المقعد، ومعظمها مصنوع من هيكل ملحوم بالصب. ونظرًا لمحدودية ظروف النقل في الوحدات الكبيرة، يمكن تقسيمها إلى نصفين أو مزيج من بتلات أكثر. بالنسبة لمحطات الطاقة ذات التآكل الرواسب، يتم اتخاذ بعض تدابير مقاومة التآكل على سطح التدفق. في الوقت الحالي، يتم تثبيت ألواح مقاومة التآكل بشكل أساسي على الوجوه النهائية، ومعظمها يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ 0Cr13Ni5Mn. إذا تم إغلاق الحلقة السفلية والوجوه العلوية والسفلية لريشة التوجيه بالمطاط، فيجب أن يكون هناك أخدود ذيل أو أخدود ختم مطاطي من نوع لوحة الضغط على الحلقة السفلية. يستخدم مصنعنا بشكل أساسي صفيحة ختم نحاسية. يجب أن تكون فتحة عمود ريشة التوجيه في الحلقة السفلية متحدة المركز مع الغطاء العلوي. غالبًا ما يتم استخدام الغطاء العلوي والحلقة السفلية لنفس التجويف للوحدات المتوسطة والصغيرة. يتم الآن ثقب الوحدات الكبيرة مباشرة باستخدام آلة ثقب CNC في مصنعنا.

حلقة التحكم
حلقة التحكم عبارة عن جزء حلقي ينقل قوة التتابع ويدير ريشة التوجيه عبر آلية النقل.

ريشة التوجيه
حاليًا، غالبًا ما يكون لريش التوجيه شكلان قياسيان: متماثل وغير متماثل. تُستخدم ريش التوجيه المتماثلة عادةً في توربينات التدفق المحوري عالية السرعة النوعية ذات زاوية التفاف حلزونية غير مكتملة؛ بينما تُستخدم ريش التوجيه غير المتماثلة عادةً في توربينات التدفق المحوري ذات زاوية التفاف كاملة، وتعمل مع تدفق محوري منخفض السرعة النوعية بفتحة كبيرة. تُصنع ريش التوجيه (الأسطوانية) عادةً من الصب الكامل، كما تُستخدم الهياكل الملحومة بالصب في الوحدات الكبيرة.

ريشة التوجيه هي جزء مهم من آلية توجيه المياه، والتي تلعب دورًا رئيسيًا في تشكيل وتغيير حجم دوران المياه الداخلة إلى الممر. تنقسم ريشة التوجيه إلى جزأين: جسم ريشة التوجيه وقطر عمود ريشة التوجيه. بشكل عام، يتم استخدام الصب بأكمله، وتستخدم الوحدات واسعة النطاق أيضًا لحام الصب. المواد هي عمومًا ZG30 و ZG20MnSi. من أجل ضمان الدوران المرن لريشة التوجيه، يجب أن تكون أعمدة ريشة التوجيه العلوية والمتوسطة والسفلى متحدة المركز، ويجب ألا يزيد التأرجح الشعاعي عن نصف تسامح قطر العمود المركزي، ويجب ألا يتجاوز الخطأ المسموح به للوجه النهائي لريشة التوجيه كونه غير عمودي على المحور 0.15/1000. يؤثر ملف تعريف سطح تدفق ريشة التوجيه بشكل مباشر على حجم دوران المياه الداخلة إلى الممر. عادةً ما يكون رأس وذيل ريشة التوجيه مصنوعين من الفولاذ المقاوم للصدأ لتحسين مقاومة التجويف.

غلاف ريشة التوجيه وجهاز دفع ريشة التوجيه
غلاف ريشة التوجيه هو مُكوّن يُثبّت قطر العمود المركزي على ريشة التوجيه، ويرتبط تركيبه بمادة الصنع، وختم الختم، وارتفاع الغطاء العلوي. يكون في الغالب على شكل أسطوانة متكاملة، وفي الوحدات الكبيرة، يكون مُجزّأً في الغالب، مما يُتيح ضبط الفجوة بدقة عالية.
يمنع جهاز دفع ريشة التوجيه طفوها لأعلى تحت تأثير ضغط الماء. عندما يتجاوز وزن ريشة التوجيه وزنها الساكن، ترتفع ريشة التوجيه لأعلى، وتصطدم بالغطاء العلوي، مما يؤثر على قوة ذراع التوصيل. عادةً ما تكون لوحة الدفع مصنوعة من البرونز والألومنيوم.

ختم ريشة التوجيه
تتميز ريشة التوجيه بثلاث وظائف إحكام: الأولى تقليل فقدان الطاقة، والثانية تقليل تسرب الهواء أثناء تعديل الطور، والثالثة تقليل التجويف. تنقسم أختام ريشة التوجيه إلى أختام ارتفاعية وأختام طرفية.
توجد أختام في منتصف وأسفل قطر عمود ريشة التوجيه. عند إحكام إغلاق قطر العمود، يُحكم إغلاق ضغط الماء بين حلقة الإحكام وقطر عمود ريشة التوجيه. لذلك، توجد فتحات تصريف في الغلاف. الغرض الرئيسي من إحكام إغلاق قطر العمود السفلي هو منع دخول الرواسب وتآكل قطر العمود.
هناك أنواع عديدة من آليات نقل ريش التوجيه، وهناك نوعان شائعان الاستخدام: الأول هو نوع رأس الشوكة، الذي يتميز بتحمل جيد للإجهاد ومناسب للوحدات الكبيرة والمتوسطة. والثاني هو نوع مقبض الأذن، الذي يتميز بهيكل بسيط ومناسب أكثر للوحدات الصغيرة والمتوسطة.
تتكون آلية نقل مقبض الأذن بشكل أساسي من ذراع ريشة التوجيه، ولوحة التوصيل، ومفتاح النصف المنقسم، ودبوس القص، وكم العمود، والغطاء النهائي، ومقبض الأذن، ودبوس قضيب توصيل الكم الدوار، وما إلى ذلك. القوة ليست جيدة، ولكن الهيكل بسيط، لذلك فهو أكثر ملاءمة للوحدات الصغيرة والمتوسطة.

آلية دفع الشوكة
تتكون آلية نقل رأس الشوكة بشكل أساسي من ذراع ريشة التوجيه، ولوحة التوصيل، ورأس الشوكة، ودبوس رأس الشوكة، ومسمار التوصيل، والصامولة، ونصف المفتاح، ودبوس القص، وكم العمود، والغطاء النهائي وحلقة التعويض، إلخ.
يتصل ذراع ريشة التوجيه وريشة التوجيه بمفتاح منفصل لنقل عزم التشغيل مباشرةً. يُركّب غطاء طرفي على ذراع ريشة التوجيه، وتُعلّق ريشة التوجيه على الغطاء الطرفي ببرغي ضبط. بفضل استخدام مفتاح نصف منفصل، تتحرك ريشة التوجيه لأعلى ولأسفل عند ضبط الفجوة بين طرفي جسم ريشة التوجيه العلوي والسفلي، دون أن تتأثر مواضع أجزاء ناقل الحركة الأخرى.
في آلية ناقل الحركة برأس الشوكة، يُجهَّز ذراع ريشة التوجيه ولوحة التوصيل بدبابيس قص. في حال تعلق ريش التوجيه بسبب أجسام غريبة، تزداد قوة تشغيل أجزاء ناقل الحركة المعنية بشكل حاد. عندما يزيد الضغط بمقدار مرة ونصف، تُقطع دبابيس القص أولاً. احمِ أجزاء ناقل الحركة الأخرى من التلف.
بالإضافة إلى ذلك، عند نقطة الوصل بين لوحة التوصيل أو حلقة التحكم ورأس الشوكة، وللحفاظ على برغي التوصيل في وضع أفقي، يُمكن تركيب حلقة تعويض للضبط. الخيوط في طرفي برغي التوصيل يسارية ويمنى على التوالي، مما يُتيح تعديل طول قضيب التوصيل وفتحة ريشة التوجيه أثناء التركيب.

الجزء الدوار
يتكون الجزء الدوار بشكل رئيسي من مِشْرَف، وعمود رئيسي، ومحمل، وجهاز إحكام. يُجمَّع المِشْرَف ويُلْحَم بواسطة التاج العلوي، والحلقة السفلية، والشفرات. تُصَب معظم أعمدة التوربين الرئيسية. هناك أنواع عديدة من محامل التوجيه. وفقًا لظروف تشغيل محطة الطاقة، توجد أنواع مختلفة من المحامل، مثل محامل التزييت المائي، ومحامل التزييت بالزيت الرقيق، ومحامل التزييت بالزيت الجاف. بشكل عام، تعتمد محطة الطاقة بشكل رئيسي على أسطوانة الزيت الرقيق أو محمل الكتلة.

فرانسيس رانر
يتكون عداء فرانسيس من تاج علوي، وشفرات، وحلقة سفلية. عادةً ما يكون التاج العلوي مزودًا بحلقة مانعة للتسرب لتقليل فقدان الماء، وجهاز تخفيف ضغط لتقليل قوة دفع الماء المحورية. كما أن الحلقة السفلية مزودة بجهاز مانع للتسرب.

شفرات العداء المحوري
تتكون شفرة مجري التدفق المحوري (المكون الرئيسي لتحويل الطاقة) من جزأين: الجسم والمحور. تُصبّ بشكل منفصل، ثم تُدمج مع الأجزاء الميكانيكية كالبراغي والدبابيس بعد المعالجة. (يبلغ قطر المجري عادةً أكثر من 5 أمتار). يُنتج عادةً من ZG30 وZG20MnSi. عدد شفرات المجري عادةً 4، 5، 6، و8.

جسم العداء
جسم العداء مُجهّز بجميع الشفرات وآلية التشغيل. يتصل الجزء العلوي بالعمود الرئيسي، بينما يتصل الجزء السفلي بمخروط التصريف ذي الشكل المُعقّد. عادةً ما يُصنع جسم العداء من ZG30 وZG20MnSi. شكله كروي في الغالب لتقليل فقدان الحجم. يعتمد هيكل جسم العداء على موضع ترتيب المُرحّل وشكل آلية التشغيل. عند اتصاله بالعمود الرئيسي، يتحمل برغي الاقتران القوة المحورية فقط، بينما تتحمل المسامير الأسطوانية الموزعة على طول الاتجاه الشعاعي لسطح المفصل عزم الدوران.

آلية التشغيل
وصلة مستقيمة مع إطار التشغيل:
1. عندما تكون زاوية الشفرة في الوضع الأوسط، يكون الذراع أفقيًا وقضيب التوصيل رأسيًا.
2. يستخدم الذراع الدوار والشفرة دبابيس أسطوانية لنقل عزم الدوران، ويتم تحديد الموضع الشعاعي بواسطة حلقة القفل.
3. يتم تقسيم قضيب التوصيل إلى قضبان توصيل داخلية وخارجية، ويتم توزيع القوة بالتساوي.
٤. يوجد مقبض أذن على إطار التشغيل، مما يُسهّل التعديل أثناء التجميع. يتوافق طرف مقبض الأذن مع إطار التشغيل بواسطة دبوس حدّ، مما يمنع التصاق قضيب التوصيل عند تثبيت مقبض الأذن.
٥. هيكل التشغيل على شكل حرف "I". يُستخدم معظمها في الوحدات الصغيرة والمتوسطة الحجم التي تحتوي على ٤ إلى ٦ شفرات.

آلية الربط المستقيم بدون إطار التشغيل: 1. يتم إلغاء إطار التشغيل، ويتم تشغيل قضيب التوصيل والذراع الدوارة مباشرة بواسطة مكبس التتابع. في وحدات كبيرة.
آلية ربط مائلة مع إطار تشغيل: 1. عندما تكون زاوية دوران الشفرة في الوضع الأوسط، يكون للذراع الدوار وقضيب التوصيل زاوية ميل كبيرة. 2. يتم زيادة شوط التتابع، وفي العداء مع المزيد من الشفرات.

غرفة العداء
حجرة المجرى عبارة عن هيكل ملحوم بصفائح فولاذية شاملة، والأجزاء المعرضة للتجويف في المنتصف مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ لتحسين مقاومة التجويف. تتميز حجرة المجرى بصلابة كافية لتلبية متطلبات الخلوص الموحد بين شفرات المجرى وغرفة المجرى أثناء تشغيل الوحدة. اعتمد مصنعنا طريقة معالجة متكاملة في عملية التصنيع: أ. معالجة باستخدام مخرطة CNC عمودية. ب. معالجة باستخدام طريقة التشكيل. يُبطَّن المقطع المخروطي المستقيم لأنبوب السحب بصفائح فولاذية، ويُشكَّل في المصنع، ويُجمَّع في الموقع.