أنواع وخصائص محامل التوربينات في مولدات الطاقة الكهرومائية

تُشكّل التوربينات المائية الحديثة تحديات هندسية استثنائية. ففي الوحدات الرأسية الكبيرة، يجب أن تتحمل محامل الدفع أحمالًا محورية تتجاوز 6000 طن، وهو الوزن الإجمالي للدوار، وعجلة التوربين، والدفع الهيدروليكي. وقد وصلت قدرات الوحدة الواحدة اليوم إلى 889 ميغا فولت أمبير، مع توربينات بقدرة 800 ميغاواط في منشآت مثل محطة شيانغجيابا للطاقة الكهرومائية في الصين. تُقدّم هذه المقالة نظرة شاملة على محامل التوربينات المائية، وتتناول أنواعها، وموادها، واعتبارات تصميمها، وتحديات تشغيلها، والابتكارات الناشئة فيها.
تتألف أنظمة محامل التوربينات المائية عموماً من فئتين أساسيتين، لكل منهما وظائف مميزة.
محامل الدفع
تتحمل محامل الدفع قوى محورية، تشمل الحمل الرأسي المنتقل على طول العمود من وزن المكونات الدوارة، والدفع الهيدروليكي المحوري على دولاب التوربين. في معظم محامل الدفع الخاصة بالتوربينات المائية، يُعتمد تصميم الوسادة المائلة لزيادة قدرة التحمل وتحسين استقرار الوحدة. تنقل هذه المحامل حملاً محورياً كبيراً من المكونات الدوارة إلى المكونات الثابتة عبر طبقة رقيقة من مادة التشحيم ذات احتكاك منخفض للغاية، وتكاد تخلو من التآكل.
يعود تاريخ محامل الدفع الحديثة إلى عام 1912، عندما تم استخدام محمل الدفع كينغسبري - بحمل دفع يبلغ 184 طنًا - لأول مرة في محطة هولتود لتوليد الطاقة الكهرومائية في ولاية بنسلفانيا الأمريكية. وقد أتاح هذا الابتكار تصميم وحدات كهرومائية أكبر بكثير ذات أحمال محورية كبيرة.
محامل التوجيه
تمتص محامل التوجيه الأحمال الشعاعية وتحافظ على استقامة الأعمدة. وبفضل موقعها على طول العمود الرأسي، تحافظ على مركزية الدوار في الجزء الثابت. قد تتميز محامل التوجيه بتصميم ثابت أو بوسادات قابلة للإمالة، ويمكن تزييتها إما بالزيت أو بالماء.
أنظمة المحامل المدمجة
في العديد من تصميمات التوربينات المائية، تُوضع محامل الدفع ومحامل التوجيه في خزان زيت مشترك، حيث يتفاعل دوران الزيت، مما ينتج عنه سلوك تزييت معقد. ورغم أن المحملين يشتركان في خزان الزيت، فإن طبقات زيت التزييت الخاصة بهما تعمل بشكل مستقل، بينما يتحدد توزيع درجة الحرارة والضغط داخل الخزان بشكل مشترك بواسطة كلا المحملين.