Una turbina idraulica è una macchina che converte l'energia potenziale dell'acqua in energia meccanica. Utilizzando questa macchina per azionare un generatore, l'energia dell'acqua può essere convertita in
Elettricità Questo è il gruppo idroelettrico.
Le turbine idrauliche moderne possono essere suddivise in due categorie in base al principio del flusso dell'acqua e alle caratteristiche strutturali.
Un altro tipo di turbina che sfrutta sia l'energia cinetica che quella potenziale dell'acqua è detta turbina a impatto.
Contrattacco
L'acqua prelevata dal bacino a monte scorre prima nella camera di deviazione dell'acqua (voluta) e poi nel canale curvo della pala della girante attraverso la paletta di guida.
Il flusso d'acqua produce una forza di reazione sulle pale, che fa ruotare la girante. A questo punto, l'energia idrica viene convertita in energia meccanica e l'acqua che fuoriesce dalla girante viene scaricata attraverso il tubo di aspirazione.
A valle.
La turbina a impatto comprende principalmente flusso Francis, flusso obliquo e flusso assiale. La differenza principale è la diversa struttura della girante.
(1) Il rullo Francis è generalmente composto da 12-20 lame elicoidali aerodinamiche e componenti principali come la corona della ruota e l'anello inferiore.
Afflusso e deflusso assiale, questo tipo di turbina ha un'ampia gamma di salti d'acqua applicabili, volume ridotto e costi contenuti, ed è ampiamente utilizzata in salti d'acqua elevati.
Le turbine a flusso assiale si dividono in a elica e rotative. Le prime hanno una pala fissa, mentre le seconde hanno una pala rotante. La girante a flusso assiale è generalmente composta da 3-8 pale, corpo della girante, cono di drenaggio e altri componenti principali. La capacità di passaggio dell'acqua di questo tipo di turbina è maggiore di quella delle turbine Francis. Per quanto riguarda le turbine a pale, poiché la pala può cambiare posizione in base al carico, presenta un'elevata efficienza in presenza di ampie variazioni di carico. Le prestazioni anticavitazione e la robustezza della turbina sono inferiori a quelle delle turbine a flusso misto, e anche la struttura è più complessa. Generalmente, è adatta a salti d'acqua bassi e medi, pari a 10.
(2) La funzione della camera di deviazione dell'acqua è quella di far fluire l'acqua in modo uniforme nel meccanismo di guida dell'acqua, ridurre la perdita di energia del meccanismo di guida dell'acqua e migliorare la ruota idraulica.
Efficienza della macchina. Per turbine di grandi e medie dimensioni con un salto idrico superiore, viene spesso utilizzata una voluta metallica a sezione circolare.
(3) Il meccanismo di guida dell'acqua è generalmente disposto uniformemente attorno al pattino, con un certo numero di palette di guida aerodinamiche e i loro meccanismi rotanti, ecc.
La funzione della composizione è quella di guidare il flusso dell'acqua nel canale in modo uniforme e, regolando l'apertura della paletta di guida, di modificare il troppo pieno della turbina per adattarlo
Anche i requisiti di regolazione e modifica del carico del generatore possono svolgere il ruolo di sigillare l'acqua quando tutti sono chiusi.
(4) Tubo di aspirazione: poiché parte dell'energia rimanente nel flusso d'acqua all'uscita del canale non viene utilizzata, la funzione del tubo di aspirazione è quella di recuperare l'
Parte dell'energia e drena l'acqua a valle. Le turbine di piccole dimensioni generalmente utilizzano tubi di pescaggio a cono dritto, che hanno un'elevata efficienza, ma le turbine di grandi e medie dimensioni sono
Le condutture dell'acqua non possono essere scavate molto in profondità, pertanto vengono utilizzati tubi di pescaggio con curvatura a gomito.
Inoltre, nella turbina a impatto sono presenti turbine tubolari, turbine a flusso obliquo, turbine a pompa reversibile, ecc.
Turbina a impatto:
Questo tipo di turbina sfrutta la forza d'impatto del flusso d'acqua ad alta velocità per far ruotare la turbina; il tipo più comune è quello a secchio.
Le turbine a pale sono generalmente utilizzate negli impianti idroelettrici ad alta caduta di cui sopra. I suoi componenti operativi includono principalmente acquedotti, ugelli e spruzzatori.
Ago, ruota idraulica e voluta, ecc., sono dotati di numerosi secchi d'acqua a forma di cucchiaio sul bordo esterno della ruota idraulica. L'efficienza di questa turbina varia in base al carico.
La variazione è minima, ma la capacità di passaggio dell'acqua è limitata dall'ugello, che è molto più piccolo del flusso assiale radiale. Per migliorare la capacità di passaggio dell'acqua, aumentare la portata e
Per migliorarne l'efficienza, la turbina a secchio d'acqua di grandi dimensioni è stata modificata da un asse orizzontale ad un asse verticale e sviluppata da un singolo ugello a un ugello multiplo.
3. Introduzione alla struttura della turbina a reazione
La parte interrata, inclusi la voluta, l'anello di tenuta, il tubo di pescaggio, ecc., è interamente interrata nelle fondamenta in calcestruzzo. Fa parte delle componenti di deviazione e scarico dell'acqua dell'unità.
Voluta
La voluta si divide in una voluta in calcestruzzo e una voluta in metallo. Le turbine con un salto idrico inferiore a 40 metri utilizzano principalmente una voluta in calcestruzzo. Per le turbine con un salto idrico superiore a 40 metri, vengono generalmente utilizzate volute in metallo, data la necessità di resistenza. La voluta in metallo offre i vantaggi di elevata resistenza, facilità di lavorazione, semplicità costruttiva e facile collegamento alla condotta forzata di derivazione dell'acqua della centrale elettrica.
Esistono due tipi di volute metalliche: saldate e fuse.
Per turbine a impatto di grandi e medie dimensioni con un salto d'acqua di circa 40-200 metri, vengono utilizzate principalmente volute saldate in lamiera d'acciaio. Per facilitare la saldatura, la voluta è spesso divisa in diverse sezioni coniche, ciascuna circolare, e la sezione di coda della voluta è dovuta alla sezione che si riduce e assume una forma ovale per la saldatura con l'anello di tenuta. Ogni segmento conico viene rullato da una macchina per laminazione.
Nelle turbine Francis di piccole dimensioni, vengono spesso utilizzate volute in ghisa fuse in un unico pezzo. Per le turbine ad alta portata e alta caduta, si utilizza solitamente una voluta in acciaio fuso, e la voluta e l'anello di tenuta sono fusi in un unico pezzo.
La parte più bassa della voluta è dotata di una valvola di scarico per drenare l'acqua accumulata durante la manutenzione.
anello di seduta
L'anello di supporto è il componente fondamentale della turbina a impatto. Oltre a sopportare la pressione dell'acqua, sostiene anche il peso dell'intera unità e del calcestruzzo della sezione dell'unità, quindi richiede resistenza e rigidità adeguate. Il meccanismo di base dell'anello di supporto è costituito da un anello superiore, un anello inferiore e una paletta di guida fissa. La paletta di guida fissa funge da anello di supporto, da puntone che trasmette il carico assiale e da superficie di scorrimento. Allo stesso tempo, è un elemento di riferimento fondamentale nell'assemblaggio dei componenti principali della turbina ed è uno dei primi componenti installati. Pertanto, deve possedere resistenza e rigidità sufficienti e, allo stesso tempo, buone prestazioni idrauliche.
L'anello di sede è sia una parte portante che una parte passante, quindi la superficie passante ha una forma aerodinamica per garantire una perdita idraulica minima.
L'anello di sede ha generalmente tre forme strutturali: a pilastro singolo, semi-integrale e integrale. Per le turbine Francis, viene solitamente utilizzato un anello di sede a struttura integrale.
Tubo di tiraggio e anello di fondazione
Il tubo di aspirazione fa parte del condotto di flusso della turbina e può essere dritto, conico o curvo. Un tubo di aspirazione curvo è generalmente utilizzato nelle turbine di grandi e medie dimensioni. L'anello di fondazione è l'elemento fondamentale che collega l'anello di sede della turbina Francis con la sezione di ingresso del tubo di aspirazione ed è annegato nel calcestruzzo. L'anello inferiore della girante ruota al suo interno.
Struttura di guida dell'acqua
La funzione del meccanismo di guida dell'acqua della turbina idraulica è quella di formare e modificare il volume di circolazione del flusso d'acqua in ingresso nella girante. Il controllo rotativo multi-palettatura, dalle buone prestazioni, è adottato per garantire che il flusso d'acqua entri uniformemente lungo la circonferenza con una minima perdita di energia a diverse portate. La girante è progettata per garantire che la turbina abbia buone caratteristiche idrauliche, regolare la portata per modificare la potenza dell'unità, sigillare il flusso d'acqua e arrestare la rotazione dell'unità durante gli arresti normali e accidentali. I meccanismi di guida dell'acqua di grandi e medie dimensioni possono essere suddivisi in cilindrici, conici (turbine a bulbo e a flusso obliquo) e radiali (turbine a piena penetrazione) in base alla posizione dell'asse delle pale di guida. Il meccanismo di guida dell'acqua è composto principalmente da pale di guida, meccanismi di azionamento delle pale di guida, componenti anulari, manicotti dell'albero, guarnizioni e altri componenti.
Struttura del dispositivo a palette di guida.
I componenti anulari del meccanismo di guida dell'acqua comprendono un anello inferiore, un coperchio superiore, un coperchio di supporto, un anello di controllo, una staffa del cuscinetto, una staffa del cuscinetto reggispinta, ecc. Hanno forze complesse e requisiti di produzione elevati.
Anello inferiore
L'anello inferiore è una parte anulare piatta fissata all'anello di tenuta, la maggior parte dei quali è realizzata tramite fusione e saldatura. A causa delle limitazioni delle condizioni di trasporto nelle unità di grandi dimensioni, può essere diviso in due metà o in una combinazione di più petali. Per le centrali elettriche con usura da sedimenti, vengono adottate alcune misure antiusura sulla superficie del flusso. Attualmente, le piastre antiusura sono installate principalmente sulle superfici terminali e la maggior parte di esse utilizza acciaio inossidabile 0Cr13Ni5Mn. Se l'anello inferiore e le superfici terminali superiore e inferiore della paletta di guida sono sigillate con gomma, sull'anello inferiore deve essere presente una scanalatura di coda o una scanalatura di tenuta in gomma del tipo a piastra di pressione. Il nostro stabilimento utilizza principalmente piastre di tenuta in ottone. Il foro per l'albero della paletta di guida sull'anello inferiore deve essere concentrico con il coperchio superiore. Il coperchio superiore e l'anello inferiore vengono spesso utilizzati per la stessa alesatura delle unità di medie e piccole dimensioni. Le unità di grandi dimensioni vengono ora alesate direttamente con una macchina alesatrice CNC nel nostro stabilimento.
Circuito di controllo
L'anello di controllo è una parte anulare che trasmette la forza del relè e fa ruotare la paletta di guida attraverso il meccanismo di trasmissione.
paletta di guida
Attualmente, le pale direttrici presentano spesso due forme standard: simmetrica e asimmetrica. Le pale direttrici simmetriche sono generalmente utilizzate in turbine a flusso assiale ad alta velocità specifica con angolo di avvolgimento della voluta incompleto; le pale direttrici asimmetriche sono generalmente utilizzate in volute con angolo di avvolgimento completo e funzionano con turbine a flusso assiale a bassa velocità specifica con un'ampia apertura e turbine Francis ad alta e media velocità specifica. Le pale direttrici (cilindriche) sono generalmente fuse in un unico pezzo e, in unità di grandi dimensioni, vengono utilizzate anche strutture saldate per fusione.
La paletta di guida è una parte importante del meccanismo di guida dell'acqua, che svolge un ruolo chiave nella formazione e nella modifica del volume di circolazione dell'acqua in ingresso nella girante. La paletta di guida è divisa in due parti: il corpo della paletta di guida e il diametro dell'albero della paletta di guida. Generalmente, viene utilizzata la fusione completa e, per le unità di grandi dimensioni, viene utilizzata anche la saldatura per fusione. I materiali sono generalmente ZG30 e ZG20MnSi. Per garantire la rotazione flessibile della paletta di guida, gli alberi superiore, centrale e inferiore della paletta di guida devono essere concentrici, l'oscillazione radiale non deve essere superiore alla metà della tolleranza di diametro dell'albero centrale e l'errore ammissibile della superficie terminale della paletta di guida non perpendicolare all'asse non deve superare 0,15/1000. Il profilo della superficie di flusso della paletta di guida influenza direttamente il volume di circolazione dell'acqua in ingresso nella girante. La testa e la coda della paletta di guida sono generalmente realizzate in acciaio inossidabile per migliorare la resistenza alla cavitazione.
Manicotto della paletta di guida e dispositivo di spinta della paletta di guida
Il manicotto della paletta di guida è un componente che fissa il diametro dell'albero centrale sulla paletta di guida e la sua struttura è correlata al materiale, alla guarnizione e all'altezza del coperchio superiore. Ha generalmente la forma di un cilindro integrale e, nelle unità di grandi dimensioni, è per lo più segmentato, il che offre il vantaggio di regolare molto bene la distanza.
Il dispositivo di spinta della paletta di guida impedisce alla paletta di guida di galleggiare verso l'alto sotto l'azione della pressione dell'acqua. Quando la paletta di guida supera il suo peso morto, si solleva, urta il coperchio superiore e influenza la forza sulla biella. La piastra di spinta è generalmente in bronzo-alluminio.
Guarnizione della paletta di guida
La paletta di guida ha tre funzioni di tenuta: la prima è quella di ridurre la perdita di energia, la seconda è quella di ridurre le perdite d'aria durante il funzionamento a modulazione di fase e la terza è quella di ridurre la cavitazione. Le tenute delle palette di guida si dividono in tenute di elevazione e tenute di estremità.
Sono presenti guarnizioni nella parte centrale e inferiore del diametro dell'albero della paletta di guida. Quando il diametro dell'albero è sigillato, la pressione dell'acqua tra l'anello di tenuta e il diametro dell'albero della paletta di guida è sigillata ermeticamente. Pertanto, sono presenti fori di drenaggio nel manicotto. La guarnizione nella parte inferiore del diametro dell'albero serve principalmente a prevenire l'ingresso di sedimenti e l'usura del diametro dell'albero.
Esistono molti tipi di meccanismi di trasmissione a palette di guida, e due sono quelli più comunemente utilizzati. Il primo è il tipo a testa forcella, che presenta buone condizioni di sollecitazione ed è adatto a unità di grandi e medie dimensioni. Il secondo è il tipo a maniglia ad orecchio, caratterizzato principalmente da una struttura semplice ed è più adatto a unità di piccole e medie dimensioni.
Il meccanismo di trasmissione dell'impugnatura ad orecchio è composto principalmente da braccio di guida, piastra di collegamento, mezza chiave divisa, perno di taglio, manicotto dell'albero, coperchio terminale, impugnatura ad orecchio, perno di biella del manicotto rotante, ecc. La forza non è buona, ma la struttura è semplice, quindi è più adatta a unità di piccole e medie dimensioni.
Meccanismo di azionamento della forcella
Il meccanismo di trasmissione della testa della forcella è composto principalmente da braccio della pala di guida, piastra di collegamento, testa della forcella, perno della testa della forcella, vite di collegamento, dado, mezza chiavetta, spina di taglio, manicotto dell'albero, coperchio terminale e anello di compensazione, ecc.
Il braccio della paletta di guida e la paletta stessa sono collegati tramite una chiavetta divisa per trasmettere direttamente la coppia di azionamento. Un coperchio terminale è installato sul braccio della paletta di guida e la paletta di guida è sospesa al coperchio terminale tramite una vite di regolazione. Grazie all'utilizzo di una chiavetta divisa, la paletta di guida si muove verso l'alto e verso il basso durante la regolazione della distanza tra le superfici terminali superiore e inferiore del corpo della paletta di guida, senza influire sulle posizioni degli altri componenti della trasmissione.
Nel meccanismo di trasmissione a forcella, il braccio della paletta di guida e la piastra di collegamento sono dotati di perni di sicurezza. Se le pale di guida si bloccano a causa di corpi estranei, la forza di azionamento dei relativi componenti della trasmissione aumenta notevolmente. Quando la sollecitazione aumenta fino a 1,5 volte, i perni di sicurezza vengono tagliati per primi. Proteggere gli altri componenti della trasmissione da eventuali danni.
Inoltre, nel punto di collegamento tra la piastra di collegamento o l'anello di controllo e la testa della forcella, per mantenere la vite di collegamento in posizione orizzontale, è possibile installare un anello di compensazione per la regolazione. Le filettature su entrambe le estremità della vite di collegamento sono rispettivamente sinistrorse e destrorse, in modo da poter regolare la lunghezza della biella e l'apertura della paletta di guida durante l'installazione.
Parte rotante
La parte rotante è composta principalmente da una girante, un albero principale, un cuscinetto e un dispositivo di tenuta. La girante è assemblata e saldata dalla corona superiore, dall'anello inferiore e dalle pale. La maggior parte degli alberi principali della turbina è realizzata in fusione. Esistono molti tipi di cuscinetti di guida. A seconda delle condizioni operative della centrale elettrica, sono disponibili diversi tipi di cuscinetti, come la lubrificazione ad acqua, la lubrificazione a olio fluido e la lubrificazione a olio secco. Generalmente, la centrale elettrica adotta principalmente cuscinetti cilindrici a olio fluido o a blocco.
Francesco corridore
La girante Francis è composta da una corona superiore, pale e un anello inferiore. La corona superiore è solitamente dotata di un anello anti-perdita per ridurre le perdite d'acqua e di un dispositivo di scarico della pressione per ridurre la spinta assiale dell'acqua. Anche l'anello inferiore è dotato di un dispositivo anti-perdita.
Pale assiali
La pala della girante a flusso assiale (il componente principale per la conversione dell'energia) è composta da due parti: il corpo e il perno. Vengono fuse separatamente e unite a componenti meccanici come viti e perni dopo la lavorazione. (Generalmente, il diametro della girante è superiore a 5 metri). I materiali di produzione sono generalmente ZG30 e ZG20MnSi. Il numero di pale della girante è generalmente 4, 5, 6 e 8.
Corpo del corridore
Il corpo del rotore è dotato di tutte le pale e del meccanismo di azionamento; la parte superiore è collegata all'albero principale e la parte inferiore è collegata al cono di scarico, che presenta una forma complessa. Generalmente, il corpo del rotore è realizzato in ZG30 e ZG20MnSi. La forma è prevalentemente sferica per ridurre le perdite di volume. La struttura specifica del corpo del rotore dipende dalla posizione di installazione del relè e dalla forma del meccanismo di azionamento. Collegato all'albero principale, la vite di accoppiamento sopporta solo la forza assiale, mentre la coppia è trasmessa dai perni cilindrici distribuiti lungo la direzione radiale della superficie del giunto.
Meccanismo di funzionamento
Collegamento dritto con telaio di comando:
1. Quando l'angolazione della lama è nella posizione centrale, il braccio è orizzontale e la biella è verticale.
2. Il braccio rotante e la lama utilizzano perni cilindrici per trasmettere la coppia, mentre la posizione radiale è determinata dall'anello elastico.
3. La biella è divisa in bielle interna ed esterna e la forza è distribuita uniformemente.
4. Il telaio di comando è dotato di una maniglia a orecchio, comoda per la regolazione durante il montaggio. L'estremità della maniglia a orecchio e del telaio di comando è limitata da un perno di finecorsa per evitare che la biella si incastri quando la maniglia a orecchio è fissata.
5. Il telaio operativo adotta la forma a "I". La maggior parte di essi viene utilizzata in unità di piccole e medie dimensioni con 4-6 pale.
Meccanismo di collegamento dritto senza telaio di comando: 1. Il telaio di comando viene annullato e la biella e il braccio rotante sono azionati direttamente dal pistone di relè. nelle unità di grandi dimensioni.
Meccanismo di collegamento obliquo con telaio di comando: 1. Quando l'angolo di rotazione della pala è in posizione centrale, il braccio girevole e la biella hanno un ampio angolo di inclinazione. 2. La corsa del relè aumenta, e nei modelli con più pale.
Stanza del corridore
La camera di colata è una struttura saldata con piastre di acciaio e le parti centrali soggette a cavitazione sono realizzate in acciaio inossidabile per migliorarne la resistenza. La camera di colata presenta una rigidità sufficiente a soddisfare il requisito di un gioco uniforme tra le pale del colata e la camera stessa quando l'unità è in funzione. Il nostro stabilimento ha sviluppato un metodo di lavorazione completo nel processo produttivo: A. Lavorazione tramite tornio verticale CNC. B, lavorazione tramite profilatura. La sezione conica dritta del tubo di aspirazione è rivestita con piastre di acciaio, formate in fabbrica e assemblate in loco.
Data di pubblicazione: 26 settembre 2022
