Vodní turbína je stroj, který přeměňuje potenciální energii vody na mechanickou energii. Pomocí tohoto stroje k pohonu generátoru lze energii vody přeměnit na
Elektřina Toto je soustrojí hydrogenerátoru.
Moderní hydraulické turbíny lze rozdělit do dvou kategorií podle principu proudění vody a strukturálních charakteristik.
Další typ turbíny, která využívá jak kinetickou, tak potenciální energii vody, se nazývá impaktní turbína.
Protiútok
Voda odebíraná z horní nádrže nejprve proudí do komory pro odvádění vody (spirály) a poté proudí do zakřiveného kanálu lopatky oběžného kola přes vodicí lopatku.
Proud vody vytváří na lopatkách reakční sílu, která roztáčí oběžné kolo. V tomto okamžiku se energie vody přeměňuje na mechanickou energii a voda proudící z oběžného kola je vypouštěna sací trubicí.
Po proudu.
Impaktní turbína zahrnuje hlavně Francisovo proudění, šikmé proudění a axiální proudění. Hlavní rozdíl spočívá v odlišné struktuře oběžného kola.
(1) Francisův běžec se obvykle skládá z 12–20 aerodynamických zkroucených lopatek a hlavních součástí, jako je koruna kola a spodní kroužek.
Tento typ turbíny s přítokem a axiálním odtokem má širokou škálu použitelných vodních sloupců, malý objem a nízké náklady a je široce používán při vysokých vodních sloupcích.
Axiální proudění se dělí na vrtulové a rotační. První má pevnou lopatku, zatímco druhý má rotační lopatku. Axiální oběžné kolo se obvykle skládá z 3–8 lopatek, tělesa oběžného kola, odvodňovacího kužele a dalších hlavních součástí. Kapacita průtoku vody u tohoto typu turbíny je větší než u Francisova proudění. U lopatkové turbíny platí, že protože lopatka může měnit svou polohu se zatížením, má vysokou účinnost v rozsahu velkých změn zatížení. Antikavitační vlastnosti a pevnost turbíny jsou horší než u turbíny se smíšeným prouděním a konstrukce je také složitější. Obecně je vhodná pro rozsah nízkého a středního vodního sloupce 10.
(2) Funkcí komory pro odvádění vody je zajistit rovnoměrný tok vody do mechanismu pro rozvádění vody, snížit energetické ztráty mechanismu pro rozvádění vody a zlepšit funkci vodního kola.
účinnost stroje. U velkých a středních turbín s vodní hlavou nahoře se často používá kovová spirála s kruhovým průřezem.
(3) Mechanismus pro rozvádění vody je obecně rovnoměrně uspořádán kolem oběžného kola s určitým počtem aerodynamických rozváděcích lopatek a jejich rotačních mechanismů atd.
Funkcí kompozice je rovnoměrně vést proud vody do oběžného kola a úpravou otevření rozváděcí lopatky měnit přepad turbíny tak, aby vyhovoval daným podmínkám.
Požadavky na úpravu a změnu zatížení generátoru mohou také hrát roli utěsnění vodou, když jsou všechny uzavřeny.
(4) Sací potrubí: Protože část zbývající energie v proudu vody na výstupu z rozvodného potrubí není využita, funkcí sacího potrubí je rekuperace
Část energie a odvádí vodu po proudu. Malé turbíny obvykle používají sací trubky s rovným kuželem, které mají vysokou účinnost, ale velké a střední turbíny jsou
Vodovodní potrubí nelze kopat příliš hluboko, proto se používají ohybové sací potrubí.
Kromě toho se v nárazové turbíně nacházejí trubkové turbíny, turbíny se šikmým prouděním, reverzibilní čerpací turbíny atd.
Rázová turbína:
Tento typ turbíny využívá nárazovou sílu vysokorychlostního proudění vody k otáčení turbíny a nejběžnější je korečkový typ.
Ve výše uvedených vodních elektrárnách s vysokým spádem se obecně používají korečkové turbíny. Mezi jejich pracovní části patří zejména akvadukty, trysky a rozprašovače.
Jehlové, vodní kolo a spirálové atd. jsou na vnějším okraji vodního kola vybaveny mnoha pevnými lžičkovitými vodními vědry. Účinnost této turbíny se mění v závislosti na zatížení.
Změna je malá, ale průtok vody je omezen tryskou, která je mnohem menší než radiální axiální tok. Pro zlepšení průtoku vody je třeba zvýšit výkon a
Pro zlepšení účinnosti byla velká vodní turbína změněna z horizontální osy na vertikální a vyvinuta z jediné trysky na více trysek.
3. Úvod do struktury reakční turbíny
Zakopaná část, včetně spirály, sedlového kroužku, sací trubky atd., je zakopána v betonovém základu. Je součástí odváděcí a přepadové části jednotky.
Závitnice
Spirální těleso se dělí na betonové a kovové. Jednotky s vodním sloupcem do 40 metrů většinou používají betonové spirály. Pro turbíny s vodním sloupcem větším než 40 metrů se z důvodu potřeby pevnosti obvykle používají kovové spirály. Kovové spirály mají výhody vysoké pevnosti, snadného zpracování, jednoduché stavební konstrukce a snadného připojení k přívodnímu potrubí elektrárny.
Existují dva typy kovových spirál, svařované a lité.
Pro velké a střední impaktní turbíny s vodním sloupcem asi 40-200 metrů se nejčastěji používají ocelové plechové svařované spirály. Pro usnadnění svařování je spirála často rozdělena na několik kuželových částí, přičemž každá část je kruhová a zadní část spirály je díky tomu zmenšena a pro svaření s kroužkem sedla se změní na oválný tvar. Každá kuželová část je válcována na válcovacím stroji.
U malých Francisových turbín se často používají litinové spirály odlévané jako celek. U turbín s vysokým tlakem a velkým výkonem se obvykle používá litá ocelová spirála, přičemž spirála a sedlový kroužek se odlévají do jednoho celku.
Nejspodnější část spirály je vybavena vypouštěcím ventilem pro odtok nahromaděné vody během údržby.
Sedlový kroužek
Sedlový kroužek je základní částí impaktní turbíny. Kromě toho, že nese tlak vody, nese také hmotnost celé jednotky a betonové sekce jednotky, takže vyžaduje dostatečnou pevnost a tuhost. Základní mechanismus sedlového kroužku se skládá z horního kroužku, spodního kroužku a pevné vodicí lopatky. Pevná vodicí lopatka je nosný sedlový kroužek, vzpěra, která přenáší axiální zatížení, a průtočná plocha. Zároveň je hlavním referenčním dílem při sestavování hlavních součástí turbíny a je jedním z nejdříve instalovaných dílů. Proto musí mít dostatečnou pevnost a tuhost a zároveň by měl mít dobrý hydraulický výkon.
Sedlový kroužek je zároveň nosnou i průtočnou částí, takže průtočná plocha má aerodynamický tvar, který zajišťuje minimální hydraulické ztráty.
Sedlový kroužek má obecně tři konstrukční tvary: tvar s jedním sloupkem, polointegrální tvar a integrální tvar. U Francisových turbín se obvykle používá integrální konstrukce sedlového kroužku.
Tažná trubka a základový prstenec
Sací trubka je součástí průtokového kanálu turbíny a existují dva druhy: přímá, kuželová a zakřivená. Zakřivená sací trubka se obvykle používá u velkých a středních turbín. Základový prstenec je základní část, která spojuje sedlový prstenec Francisovy turbíny se vstupní částí sací trubky a je zabetonována. V něm se otáčí spodní prstenec oběžného kola.
Struktura vodního vodítka
Funkcí mechanismu pro rozvádění vody vodní turbíny je formovat a měnit cirkulační objem proudu vody vstupující do oběžného kola. Rotační vícenásobné rozváděcí lopatkové řízení s dobrým výkonem zajišťuje rovnoměrný proud vody po obvodu s malou ztrátou energie při různých průtocích. Zajišťuje dobré hydraulické vlastnosti turbíny, upravuje průtok tak, aby se změnil výkon jednotky, utěsní se průtok vody a zastaví se rotace jednotky během normálního a havarijního vypnutí. Velké a střední rozváděcí mechanismy vody lze podle polohy osy rozváděcích lopatek rozdělit na válcové, kuželové (turbíny s baňkovým a šikmým průtokem) a radiální (turbíny s plným průnikem). Rozváděcí mechanismus vody se skládá hlavně z rozváděcích lopatek, ovládacích mechanismů rozváděcích lopatek, prstencových součástí, hřídelových pouzder, těsnění a dalších součástí.
Struktura zařízení s vodicí lopatkou.
Prstencové komponenty mechanismu pro rozvádění vody zahrnují spodní kroužek, horní kryt, nosný kryt, ovládací kroužek, konzolu ložiska, konzolu axiálního ložiska atd. Mají složité síly a vysoké výrobní požadavky.
Spodní kroužek
Spodní kroužek je plochá prstencová část připevněná k sedlovému kroužku, z nichž většina je svařovaná a litá. Vzhledem k omezeným přepravním podmínkám u velkých jednotek může být rozdělen na dvě poloviny nebo na kombinaci více okvětních lístků. U elektráren s opotřebením sedimenty se přijímají určitá opatření proti opotřebení na povrchu proudění. V současné době se protiopotřebové desky instalují hlavně na čelní plochy a většina z nich používá nerezovou ocel 0Cr13Ni5Mn. Pokud jsou spodní kroužek a horní a spodní čelní plochy vodicí lopatky utěsněny gumou, musí být na spodním kroužku drážka pro zadní část nebo drážka pro pryžové těsnění typu přítlačné desky. Naše továrna používá hlavně mosazné těsnicí desky. Otvor hřídele vodicí lopatky na spodním kroužku by měl být soustředný s horním krytem. Horní kryt a spodní kroužek se často používají pro stejné vyvrtávání středních a malých jednotek. Velké jednotky se nyní v naší továrně přímo vyvrtávají na CNC vyvrtávačce.
Řídicí smyčka
Ovládací kroužek je prstencová část, která přenáší sílu relé a otáčí vodicí lopatkou prostřednictvím převodového mechanismu.
Vodicí lopatka
V současné době mají rozváděcí lopatky často dva standardní tvary listů, symetrické a asymetrické. Symetrické rozváděcí lopatky se obecně používají u axiálních turbín s vysokou specifickou rychlostí a neúplným úhlem opásání spirály; asymetrické rozváděcí lopatky se obecně používají u spirál s plným úhlem opásání a pracují s axiálním prouděním s nízkou specifickou rychlostí a velkým otvorem. Asymetrické rozváděcí lopatky se obvykle používají vcelku, u velkých jednotek se používají také svařované konstrukce.
Vodicí lopatka je důležitou součástí mechanismu rozvodu vody, která hraje klíčovou roli při formování a změně objemu vody vstupující do oběžného kola. Vodicí lopatka je rozdělena na dvě části: těleso vodicí lopatky a průměr hřídele vodicí lopatky. Obecně se používá celý odlitek a u velkých jednotek se používá i svařování odlitků. Materiály jsou obvykle ZG30 a ZG20MnSi. Aby bylo zajištěno flexibilní otáčení vodicí lopatky, horní, střední a dolní hřídel vodicí lopatky by měly být soustředné, radiální výkyv by neměl být větší než polovina tolerance průměru centrální hřídele a povolená chyba čelní plochy vodicí lopatky, která není kolmá k ose, by neměla překročit 0,15/1000. Profil průtokové plochy vodicí lopatky přímo ovlivňuje objem vody vstupující do oběžného kola. Hlava a konec vodicí lopatky jsou obvykle vyrobeny z nerezové oceli pro zlepšení odolnosti proti kavitaci.
Pouzdro vodicí lopatky a axiální zařízení vodicí lopatky
Pouzdro vodicí lopatky je součást, která fixuje průměr centrální hřídele na vodicí lopatce, a její konstrukce souvisí s materiálem, těsněním a výškou horního krytu. Většinou má tvar integrálního válce a u velkých jednotek je většinou segmentovaná, což má výhodu v možnosti velmi dobrého nastavení mezery.
Přítlačné zařízení vodicí lopatky zabraňuje vztlaku vodicí lopatky směrem nahoru působením tlaku vody. Když vodicí lopatka překročí svou vlastní hmotnost, zvedne se nahoru, narazí do horního krytu a ovlivní sílu působící na ojnici. Přítlačná deska je obvykle vyrobena z hliníkového bronzu.
Těsnění vodicí lopatky
Vodicí lopatka má tři těsnicí funkce, jednou je snížení energetických ztrát, druhou je snížení úniku vzduchu během fázové modulace a třetí je snížení kavitace. Těsnění vodicích lopatek se dělí na elevační a koncová těsnění.
Uprostřed a dole na průměru hřídele vodicí lopatky jsou těsnění. Když je průměr hřídele utěsněn, tlak vody mezi těsnicím kroužkem a průměrem hřídele vodicí lopatky je pevně utěsněn. Proto jsou v pouzdře drenážní otvory. Těsnění spodního průměru hřídele slouží především k zabránění vniknutí sedimentů a opotřebení průměru hřídele.
Existuje mnoho typů převodových mechanismů vodicích lopatek a dva z nich se běžně používají. Jedním je typ s vidlicovou hlavou, který má dobrou odolnost proti namáhání a je vhodný pro velké a střední jednotky. Druhým je typ s ušní rukojetí, který se vyznačuje především jednoduchou konstrukcí a je vhodnější pro malé a střední jednotky.
Převodový mechanismus s ušní rukojetí se skládá hlavně z ramene vodicí lopatky, spojovací desky, děleného polovičního pera, střižného čepu, pouzdra hřídele, koncového krytu, ušní rukojeti, čepu ojnice s otočným pouzdrem atd. Síla není dobrá, ale konstrukce je jednoduchá, takže je vhodnější pro malé a střední jednotky.
Mechanismus pohonu vidlice
Převodový mechanismus vidlicové hlavy se skládá hlavně z ramene vodicí lopatky, spojovací desky, vidlicové hlavy, čepu vidlicové hlavy, spojovacího šroubu, matice, polovičního pera, střižného čepu, pouzdra hřídele, koncového krytu a kompenzačního kroužku atd.
Rameno vodicí lopatky a vodicí lopatka jsou spojeny děleným perem pro přímý přenos provozního krouticího momentu. Na rameno vodicí lopatky je nainstalován koncový kryt a vodicí lopatka je zavěšena na koncovém krytu pomocí stavěcího šroubu. Díky použití děleného pera se vodicí lopatka při nastavování mezery mezi horní a dolní čelní plochou tělesa vodicí lopatky pohybuje nahoru a dolů, aniž by to ovlivnilo polohu ostatních částí převodu.
V převodovém mechanismu s vidlicovou hlavou jsou rameno vodicí lopatky a spojovací deska vybaveny střižnými kolíky. Pokud se vodicí lopatky zaseknou v důsledku cizích předmětů, ovládací síla příslušných částí převodu se prudce zvýší. Při 1,5násobném zvýšení napětí se střižné kolíky přeříznou jako první. Chraňte ostatní části převodu před poškozením.
Kromě toho lze na spojení mezi spojovací deskou nebo ovládacím kroužkem a hlavou vidlice nainstalovat kompenzační kroužek pro nastavení, aby se spojovací šroub udržel v horizontální poloze. Závity na obou koncích spojovacího šroubu jsou levé a pravé, takže lze během instalace nastavit délku ojnice a otvor vodicí lopatky.
Rotující část
Rotační část se skládá hlavně z oběžného kola, hlavní hřídele, ložiska a těsnicího zařízení. Oběžné kolo je sestaveno a svařeno horní korunou, spodním kroužkem a lopatkami. Většina hlavních hřídelí turbín je odlita. Existuje mnoho typů vodicích ložisek. V závislosti na provozních podmínkách elektrárny existuje několik typů ložisek, jako je mazání vodou, mazání tenkým olejem a mazání suchým olejem. Elektrárna obecně používá nejčastěji ložiska s tenkým olejem, válcová ložiska nebo bloková ložiska.
František běžec
Francisův oběžný kruh se skládá z horní koruny, lopatek a spodního kroužku. Horní koruna je obvykle vybavena kroužkem proti úniku vody pro snížení ztrát únikem vody a zařízením pro pojistné způsození tlaku pro snížení axiálního tlaku vody. Spodní kroužek je také vybaven zařízením proti úniku.
Axiální oběžné lopatky
Lopatka axiálního oběžného kola (hlavní součást pro přeměnu energie) se skládá ze dvou částí: tělesa a čepu. Odlévají se samostatně a po zpracování se spojují s mechanickými částmi, jako jsou šrouby a čepy. (Průměr oběžného kola je obvykle větší než 5 metrů.) Vyrábí se obvykle z oceli ZG30 a ZG20MnSi. Počet lopatek oběžného kola je obvykle 4, 5, 6 a 8.
Tělo běžce
Těleso oběžného kola je vybaveno všemi lopatkami a ovládacím mechanismem, horní část je spojena s hlavní hřídelí a spodní část je spojena s odtokovým kuželem, který má složitý tvar. Těleso oběžného kola je obvykle vyrobeno z materiálu ZG30 a ZG20MnSi. Tvar je většinou kulovitý, aby se snížily objemové ztráty. Konkrétní struktura tělesa oběžného kola závisí na poloze uspořádání relé a tvaru ovládacího mechanismu. Ve spojení s hlavní hřídelí spojovací šroub přenáší pouze axiální sílu a krouticí moment je nesen válcovými čepy rozloženými podél radiálního směru kloubové plochy.
Ovládací mechanismus
Přímé spojení s ovládacím rámem:
1. Když je úhel čepele ve střední poloze, rameno je vodorovné a ojnice svislá.
2. Rotační rameno a čepel používají válcové čepy k přenosu točivého momentu a radiální poloha je nastavena pojistným kroužkem.
3. Ojnice je rozdělena na vnitřní a vnější ojnice a síla je rovnoměrně rozložena.
4. Na ovládacím rámu je ušní rukojeť, která se snadno nastavuje během montáže. Shodná čelní plocha ušní rukojeti a ovládacího rámu je omezena omezovacím kolíkem, aby se zabránilo zaseknutí spojovací tyče při upevnění ušní rukojeti.
5. Ovládací rám má tvar „I“. Většina z nich se používá v malých a středních jednotkách se 4 až 6 lopatkami.
Mechanismus s přímou pákou bez ovládacího rámu: 1. Ovládací rám je zrušen a ojnice a otočné rameno jsou přímo poháněny pístem relé. u velkých jednotek.
Šikmý spojovací mechanismus s ovládacím rámem: 1. Když je úhel natočení lopatek ve střední poloze, otočné rameno a ojnice mají velký úhel sklonu. 2. Zdvih relé se zvětší a v běžci s více lopatkami.
Běžecký pokoj
Oběžná komora je svařovaná konstrukce z ocelového plechu a části náchylné ke kavitaci uprostřed jsou vyrobeny z nerezové oceli pro zlepšení odolnosti proti kavitaci. Oběžná komora má dostatečnou tuhost, aby splňovala požadavek na rovnoměrnou vůli mezi lopatkami oběžného kola a oběžnou komorou za chodu jednotky. Naše továrna vyvinula kompletní metodu zpracování ve výrobním procesu: A. Obrábění na vertikálním CNC soustruhu. B, obrábění profilovací metodou. Rovná kuželová část sací trubky je obložena ocelovými plechy, tvarovanými ve výrobě a smontovanými na místě.
Čas zveřejnění: 26. září 2022
