Una turbina hidráulica es una máquina que convierte la energía potencial del agua en energía mecánica. Al usar esta máquina para accionar un generador, la energía del agua se puede convertir en
Electricidad Este es el grupo hidrogenerador.
Las turbinas hidráulicas modernas se pueden dividir en dos categorías según el principio del flujo de agua y las características estructurales.
Otro tipo de turbina que utiliza tanto la energía cinética como la energía potencial del agua se llama turbina de impacto.
Contraataque
El agua extraída del depósito de aguas arriba fluye primero hacia la cámara de desviación de agua (voluta) y luego fluye hacia el canal curvo de la pala del rodete a través del álabe guía.
El flujo de agua produce una fuerza de reacción en las aspas, lo que hace girar el impulsor. En este momento, la energía hídrica se convierte en energía mecánica y el agua que sale del rodete se descarga a través del tubo de aspiración.
Río abajo.
La turbina de impacto se compone principalmente de flujo Francis, flujo oblicuo y flujo axial. La principal diferencia radica en la estructura del rodete.
(1) El rodete Francis está compuesto generalmente de 12 a 20 palas retorcidas aerodinámicas y componentes principales como la corona de la rueda y el anillo inferior.
Entrada y salida axial, este tipo de turbina tiene una amplia gama de alturas de agua aplicables, pequeño volumen y bajo costo, y se usa ampliamente en alturas de agua altas.
El flujo axial se divide en tipo hélice y tipo rotatorio. El primero tiene una pala fija, mientras que el segundo tiene una pala giratoria. El rodete de flujo axial generalmente se compone de 3 a 8 palas, un cuerpo del rodete, un cono de drenaje y otros componentes principales. La capacidad de paso de agua de este tipo de turbina es mayor que la de flujo Francis. En el caso de la turbina de paletas, dado que la pala puede cambiar de posición con la carga, presenta una alta eficiencia en el rango de grandes cambios de carga. El rendimiento anticavitatorio y la resistencia de la turbina son inferiores a los de la turbina de flujo mixto, y su estructura también es más compleja. Generalmente, es adecuada para alturas de agua bajas y medias de 10.
(2) La función de la cámara de desviación de agua es hacer que el agua fluya de manera uniforme hacia el mecanismo de guía de agua, reducir la pérdida de energía del mecanismo de guía de agua y mejorar la rueda hidráulica.
Eficiencia de la máquina. Para turbinas grandes y medianas con una altura de agua superior, se suele utilizar una voluta metálica de sección circular.
(3) El mecanismo de guía de agua generalmente está dispuesto de manera uniforme alrededor del corredor, con una cierta cantidad de álabes guía aerodinámicos y sus mecanismos giratorios, etc.
La función de la composición es guiar el flujo de agua hacia el corredor de manera uniforme y, al ajustar la apertura del álabe guía, cambiar el desbordamiento de la turbina para adaptarlo a la
Los requisitos de ajuste y cambio de carga del generador también pueden desempeñar el papel de sellar el agua cuando todos están cerrados.
(4) Tubería de aspiración: Dado que parte de la energía restante en el flujo de agua a la salida del canal no se utiliza, la función de la tubería de aspiración es recuperar la
Parte de la energía se drena y el agua aguas abajo. Las turbinas pequeñas generalmente utilizan tubos de aspiración de cono recto, que tienen una alta eficiencia, pero las turbinas grandes y medianas son...
Las tuberías de agua no se pueden excavar muy profundamente, por lo que se utilizan tuberías de tiro con codos.
Además, en la turbina de impacto se encuentran turbinas tubulares, turbinas de flujo oblicuo, turbinas de bombeo reversible, etc.
Turbina de impacto:
Este tipo de turbina utiliza la fuerza de impacto del flujo de agua a alta velocidad para girar la turbina y el más común es el tipo de cangilón.
Las turbinas de cangilones se utilizan generalmente en las centrales hidroeléctricas de gran altura mencionadas anteriormente. Sus componentes principales incluyen acueductos, toberas y aspersores.
Las turbinas de aguja, rueda hidráulica, voluta, etc., están equipadas con numerosos cubos de agua sólidos en forma de cuchara en el borde exterior de la rueda hidráulica. La eficiencia de esta turbina varía con la carga.
El cambio es pequeño, pero la capacidad de paso de agua está limitada por la boquilla, que es mucho más pequeña que el flujo axial radial. Para mejorar la capacidad de paso de agua, aumente el caudal y...
Para mejorar la eficiencia, la turbina de cubo de agua a gran escala se cambió de un eje horizontal a un eje vertical, y se desarrolló de una sola boquilla a una de múltiples boquillas.
3. Introducción a la estructura de la turbina de reacción.
La parte enterrada, que incluye la voluta, el anillo del asiento, el tubo de aspiración, etc., está enterrada en la cimentación de hormigón. Forma parte de los sistemas de desviación y rebose de agua de la unidad.
Voluta
La voluta se divide en una de hormigón y una metálica. Las unidades con una caída de agua inferior a 40 metros suelen utilizar una de hormigón. Para turbinas con una caída de agua superior a 40 metros, se suelen utilizar volutas metálicas debido a su resistencia. La voluta metálica ofrece ventajas como alta resistencia, fácil procesamiento, construcción civil sencilla y fácil conexión a la tubería forzada de derivación de agua de la central.
Hay dos tipos de volutas metálicas: soldadas y fundidas.
Para turbinas de impacto grandes y medianas con una altura de agua de entre 40 y 200 metros, se utilizan principalmente volutas soldadas con placa de acero. Para facilitar la soldadura, la voluta suele dividirse en varias secciones cónicas, cada una circular, y la sección de cola de la voluta, debido a su menor tamaño, adquiere una forma ovalada para su soldadura con el anillo de asiento. Cada segmento cónico se lamina mediante una laminadora de placas.
En turbinas Francis pequeñas, se suelen utilizar volutas de hierro fundido fundidas en su totalidad. Para turbinas de gran altura y capacidad, se suele utilizar una voluta de acero fundido, fundiendo la voluta y el anillo del asiento en una sola pieza.
La parte más baja de la voluta está equipada con una válvula de drenaje para drenar el agua acumulada durante el mantenimiento.
Anillo de asiento
El anillo de asiento es la parte fundamental de la turbina de impacto. Además de soportar la presión del agua, también soporta el peso de toda la unidad y del hormigón de la sección de la misma, por lo que requiere suficiente resistencia y rigidez. El mecanismo básico del anillo de asiento consta de un anillo superior, un anillo inferior y un álabe guía fijo. El álabe guía fijo es el anillo de asiento de soporte, el puntal que transmite la carga axial y la superficie de flujo. Al mismo tiempo, es una pieza de referencia fundamental en el ensamblaje de los componentes principales de la turbina y una de las piezas instaladas más tempranamente. Por lo tanto, debe tener suficiente resistencia y rigidez, además de un buen rendimiento hidráulico.
El anillo del asiento es al mismo tiempo una pieza de soporte de carga y una pieza de paso, por lo que la superficie de paso tiene una forma aerodinámica para garantizar una pérdida hidráulica mínima.
El anillo de asiento generalmente presenta tres formas estructurales: de pilar único, semiintegral e integral. En las turbinas Francis, se suele utilizar un anillo de asiento de estructura integral.
Tubo de tiro y anillo de cimentación
El tubo de aspiración forma parte del paso de flujo de la turbina y puede ser recto, cónico o curvo. El tubo de aspiración curvo se utiliza generalmente en turbinas grandes y medianas. El anillo de cimentación es la pieza básica que conecta el anillo de asiento de la turbina Francis con la sección de entrada del tubo de aspiración y está empotrado en el hormigón. El anillo inferior del rodete gira en su interior.
Estructura de guía de agua
La función del mecanismo de guía de agua de la turbina hidráulica es generar y modificar el volumen de circulación del flujo de agua que entra en el rodete. El control rotatorio de paletas multiguía, de buen rendimiento, garantiza que el flujo de agua entre de manera uniforme a lo largo de la circunferencia con mínima pérdida de energía en diferentes caudales. Asegúrese de que la turbina tenga buenas características hidráulicas, ajuste el caudal para modificar la salida de la unidad, selle el flujo de agua y detenga la rotación de la unidad durante paradas normales y accidentales. Los mecanismos de guía de agua, tanto grandes como medianos, se pueden dividir en cilíndricos, cónicos (turbinas de bulbo y de flujo oblicuo) y radiales (turbinas de penetración total) según la posición del eje de las paletas guía. El mecanismo de guía de agua se compone principalmente de paletas guía, mecanismos de operación de paletas guía, componentes anulares, manguitos de eje, sellos y otros componentes.
Estructura del dispositivo de álabes guía.
Los componentes anulares del mecanismo de guía de agua incluyen un anillo inferior, una cubierta superior, una cubierta de soporte, un anillo de control, un soporte de cojinete, un soporte de cojinete de empuje, etc. Tienen fuerzas complejas y altos requisitos de fabricación.
Anillo inferior
El anillo inferior es una pieza anular plana fijada al anillo de asiento, la mayoría de los cuales son de construcción soldada por fundición. Debido a las limitaciones de las condiciones de transporte en unidades grandes, se puede dividir en dos mitades o en una combinación de más pétalos. Para las centrales eléctricas con desgaste por sedimentos, se toman ciertas medidas antidesgaste en la superficie del flujo. Actualmente, las placas antidesgaste se instalan principalmente en las caras de los extremos, y la mayoría de ellas utilizan acero inoxidable 0Cr13Ni5Mn. Si el anillo inferior y las caras de los extremos superior e inferior del álabe guía están selladas con caucho, debe haber una ranura de cola o una ranura de sello de caucho tipo placa de presión en el anillo inferior. Nuestra fábrica utiliza principalmente platinas de sellado de latón. El orificio del eje del álabe guía en el anillo inferior debe ser concéntrico con la tapa superior. La tapa superior y el anillo inferior se utilizan a menudo para el mismo mandrilado de las unidades medianas y pequeñas. Las unidades grandes ahora se mandrilan directamente con una mandrinadora CNC en nuestra fábrica.
Bucle de control
El anillo de control es una pieza anular que transmite la fuerza del relé y gira el álabe guía a través del mecanismo de transmisión.
Paletas guía
Actualmente, los álabes guía suelen tener dos formas estándar: simétricos y asimétricos. Los álabes guía simétricos se utilizan generalmente en turbinas de flujo axial de alta velocidad específica con un ángulo de envoltura de voluta incompleto; los álabes guía asimétricos se utilizan generalmente en volutas con ángulo de envoltura completo y funcionan con turbinas de flujo axial de baja velocidad específica con una gran abertura, así como en turbinas Francis de velocidad específica alta y media. Los álabes guía (cilíndricos) suelen estar fundidos en su totalidad, y también se utilizan estructuras soldadas por fundición en unidades de gran tamaño.
El álabe guía es una parte importante del mecanismo de guía de agua, que desempeña un papel clave en la formación y modificación del volumen de circulación de agua que entra en el rodete. El álabe guía se divide en dos partes: el cuerpo del álabe guía y el diámetro del eje del álabe guía. Generalmente, se utiliza fundición completa, y en unidades a gran escala también se utiliza soldadura por fundición. Los materiales generalmente son ZG30 y ZG20MnSi. Para garantizar la rotación flexible del álabe guía, los ejes superior, medio e inferior del álabe guía deben ser concéntricos, la oscilación radial no debe ser mayor que la mitad de la tolerancia del diámetro del eje central, y el error admisible de la cara final del álabe guía no debe exceder 0,15/1000. El perfil de la superficie de flujo del álabe guía afecta directamente el volumen de circulación de agua que entra en el rodete. La cabeza y la cola del álabe guía generalmente están hechas de acero inoxidable para mejorar la resistencia a la cavitación.
Manguito de álabe guía y dispositivo de empuje de álabe guía
El manguito del álabe guía es un componente que fija el diámetro del eje central en el álabe guía. Su estructura está relacionada con el material, el sello y la altura de la tapa superior. Generalmente, tiene forma de cilindro integral y, en unidades grandes, suele estar segmentado, lo que ofrece la ventaja de ajustar muy bien la holgura.
El dispositivo de empuje del álabe guía impide que este se eleve bajo la acción de la presión del agua. Cuando el álabe guía supera su peso propio, se eleva, choca con la tapa superior y afecta la fuerza ejercida sobre la biela. La placa de empuje suele ser de bronce-aluminio.
Sello de álabes guía
El álabe guía tiene tres funciones de sellado: reducir la pérdida de energía, reducir las fugas de aire durante la modulación de fase y reducir la cavitación. Los sellos de los álabe guía se dividen en sellos de elevación y sellos de extremo.
El eje del álabe guía cuenta con sellos en la parte media e inferior. Al sellar el eje, la presión del agua entre el anillo de sellado y el álabe guía queda herméticamente sellada. Por lo tanto, el manguito cuenta con orificios de drenaje. El sello del eje inferior sirve principalmente para evitar la entrada de sedimentos y el desgaste del mismo.
Existen muchos tipos de mecanismos de transmisión de álabes guía, y dos de ellos se utilizan comúnmente. El de cabeza de horquilla, que presenta buenas condiciones de tensión y es adecuado para unidades grandes y medianas, y el de asa de oreja, que se caracteriza principalmente por su estructura simple y es más adecuado para unidades pequeñas y medianas.
El mecanismo de transmisión de la manija de oreja se compone principalmente de brazo de paleta guía, placa de conexión, media chaveta dividida, pasador de corte, manguito de eje, tapa de extremo, manija de oreja, pasador de biela de manguito giratorio, etc. La fuerza no es buena, pero la estructura es simple, por lo que es más adecuado en unidades pequeñas y medianas.
Mecanismo de accionamiento de horquilla
El mecanismo de transmisión del cabezal de horquilla se compone principalmente de brazo de paleta guía, placa de conexión, cabezal de horquilla, pasador del cabezal de horquilla, tornillo de conexión, tuerca, media chaveta, pasador de corte, manguito del eje, tapa del extremo y anillo de compensación, etc.
El brazo y el álabe guía están conectados mediante una chaveta hendida para transmitir directamente el par de operación. El brazo del álabe guía cuenta con una tapa, y el álabe guía se suspende de ella mediante un tornillo de ajuste. Gracias a la chaveta hendida, el álabe guía se mueve hacia arriba y hacia abajo al ajustar la separación entre las caras superior e inferior del cuerpo del álabe, sin afectar la posición de otras piezas de transmisión.
En el mecanismo de transmisión del cabezal de horquilla, el brazo de álabes guía y la placa de conexión están equipados con pasadores de seguridad. Si los álabes guía se atascan debido a objetos extraños, la fuerza de accionamiento de las piezas de transmisión correspondientes aumentará considerablemente. Cuando la tensión se multiplica por 1,5, los pasadores de seguridad se cortarán primero. Proteja las demás piezas de la transmisión de daños.
Además, en la conexión entre la placa de conexión o el anillo de control y el cabezal de la horquilla, para mantener el tornillo de conexión horizontal, se puede instalar un anillo de compensación para su ajuste. Las roscas en ambos extremos del tornillo de conexión son izquierdas y derechas, respectivamente, lo que permite ajustar la longitud de la biela y la apertura del álabe guía durante la instalación.
Pieza giratoria
La parte giratoria se compone principalmente de un rodete, un eje principal, un rodamiento y un dispositivo de sellado. El rodete está ensamblado y soldado por la corona superior, el anillo inferior y los álabes. La mayoría de los ejes principales de la turbina son de fundición. Existen diversos tipos de rodamientos guía. Según las condiciones de operación de la central eléctrica, existen diversos tipos de rodamientos, como los de lubricación por agua, lubricación por aceite diluido y lubricación por aceite seco. Generalmente, las centrales eléctricas utilizan rodamientos cilíndricos o de bloque de lubricación por aceite diluido.
Corredor Francis
El rodete Francis consta de una corona superior, álabes y un anillo inferior. La corona superior suele estar equipada con un anillo antifugas para reducir las pérdidas de agua y un dispositivo de alivio de presión para reducir el empuje axial del agua. El anillo inferior también está equipado con un dispositivo antifugas.
Álabes de rodete axial
El álabe del rodete de flujo axial (componente principal para la conversión de energía) consta de dos partes: el cuerpo y el pivote. Se funde por separado y se combina con piezas mecánicas como tornillos y pasadores tras el procesamiento. (Generalmente, el diámetro del rodete supera los 5 metros). Se fabrica generalmente en ZG30 y ZG20MnSi. El número de álabes del rodete suele ser de 4, 5, 6 y 8.
Cuerpo del corredor
El cuerpo del rodete está equipado con todas las palas y el mecanismo de operación. La parte superior está conectada al eje principal y la inferior al cono de drenaje, que presenta una forma compleja. Generalmente, el cuerpo del rodete está hecho de ZG30 y ZG20MnSi. Su forma es mayoritariamente esférica para reducir la pérdida de volumen. La estructura específica del cuerpo del rodete depende de la posición del relé y de la forma del mecanismo de operación. En su conexión con el eje principal, el tornillo de acoplamiento solo soporta la fuerza axial, mientras que el par es soportado por los pasadores cilíndricos distribuidos radialmente en la superficie de la junta.
Mecanismo de funcionamiento
Articulación recta con bastidor de operación:
1. Cuando el ángulo de la cuchilla está en la posición media, el brazo está horizontal y la biela está vertical.
2. El brazo giratorio y la cuchilla utilizan pasadores cilíndricos para transmitir el torque, y la posición radial está posicionada por el anillo elástico.
3. La biela se divide en bielas interior y exterior, y la fuerza se distribuye uniformemente.
4. El marco de operación cuenta con una manija de oreja, que facilita el ajuste durante el ensamblaje. El extremo coincidente de la manija de oreja con el marco de operación está limitado por un pasador de límite para evitar que la biela se atasque al fijar la manija de oreja.
5. El bastidor de operación tiene forma de "I". La mayoría se utilizan en unidades pequeñas y medianas con 4 a 6 cuchillas.
Mecanismo de enlace recto sin marco operativo: 1. El marco operativo se cancela y la biela y el brazo giratorio son impulsados directamente por el pistón de relé. en unidades grandes.
Mecanismo de enlace oblicuo con marco de operación: 1. Cuando el ángulo de rotación de la cuchilla está en la posición media, el brazo giratorio y la biela presentan un ángulo de inclinación amplio. 2. Se aumenta la carrera del relé y se incorpora un mayor número de cuchillas en el corredor.
Sala de corredores
La cámara del canal es una estructura soldada de chapa de acero, y las piezas centrales propensas a la cavitación son de acero inoxidable para mejorar su resistencia. La cámara tiene la rigidez suficiente para garantizar una holgura uniforme entre las palas y la cámara durante el funcionamiento de la unidad. Nuestra fábrica ha desarrollado un método de procesamiento completo: A. Procesamiento mediante torno vertical CNC. B. Procesamiento mediante perfilado. La sección cónica recta del tubo de aspiración se reviste con chapas de acero, se forma en fábrica y se ensambla en obra.
Hora de publicación: 26 de septiembre de 2022
