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 moderne turbine idrauliche possono essere suddivise in due categorie in base al principio di funzionamento del flusso d'acqua e alle caratteristiche strutturali.
Un altro tipo di turbina che utilizza sia l'energia cinetica che l'energia potenziale dell'acqua è chiamata turbina a impatto.
Contrattacco
L'acqua prelevata dal serbatoio a monte fluisce dapprima nella camera di deviazione (voluta) e poi, attraverso la paletta direttrice, entra nel canale curvo della girante.
Il flusso d'acqua genera una forza di reazione sulle pale, che fa ruotare la girante. In questo momento, l'energia dell'acqua viene convertita in energia meccanica e l'acqua che fuoriesce dalla girante viene scaricata attraverso il tubo di aspirazione.
A valle.
Le turbine a impatto comprendono principalmente flussi Francis, flussi obliqui e flussi assiali. La differenza principale risiede nella diversa struttura della girante.
(1) La girante Francis è generalmente composta da 12-20 pale ritorte aerodinamiche e componenti principali come la corona della ruota e l'anello inferiore.
Con flusso in ingresso e in uscita assiale, questo tipo di turbina ha un'ampia gamma di dislivelli idraulici applicabili, dimensioni ridotte e costi contenuti, ed è ampiamente utilizzata in presenza di elevati dislivelli idraulici.
Le turbine a flusso assiale si dividono in turbine a elica e turbine a rotore. Le prime hanno pale fisse, mentre le seconde hanno pale rotanti. La girante di una turbina 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 di una turbina Francis. Per quanto riguarda le turbine a pale, poiché le pale possono cambiare posizione in base al carico, presentano un'elevata efficienza nell'intervallo di grandi variazioni di carico. Le prestazioni anticavitazione e la resistenza della turbina sono inferiori a quelle di una turbina a flusso misto e anche la struttura è più complessa. Generalmente, è adatta per intervalli di salto idraulico bassi e medi di 10.
(2) La funzione della camera di deviazione dell'acqua è quella di far fluire l'acqua uniformemente 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 le turbine di grandi e medie dimensioni con salto d'acqua in alto, si utilizza spesso una voluta metallica a sezione circolare.
(3) Il meccanismo di guida dell'acqua è generalmente disposto uniformemente attorno alla girante, con un certo numero di pale direttrici aerodinamiche e i relativi meccanismi di rotazione, ecc.
La funzione della composizione è quella di guidare il flusso d'acqua nella girante in modo uniforme e, regolando l'apertura della paletta direttrice, di modificare il flusso di scarico della turbina per adattarlo al
I requisiti di regolazione e modifica del carico del generatore possono anche svolgere il ruolo di tenuta dell'acqua quando sono tutti chiusi.
(4) Tubo di aspirazione: Poiché parte dell'energia rimanente nel flusso d'acqua all'uscita della girante non viene utilizzata, la funzione del tubo di aspirazione è quella di recuperare l'
Parte dell'energia e scarica l'acqua a valle. Le piccole turbine utilizzano generalmente tubi di aspirazione a cono diritto, che hanno un'elevata efficienza, ma le turbine di grandi e medie dimensioni sono
Le tubature dell'acqua non possono essere interrate a grande profondità, quindi si utilizzano tubi di aspirazione a gomito.
Inoltre, nella categoria delle turbine a impatto si trovano turbine tubolari, turbine a flusso obliquo, turbine a pompa reversibili, ecc.
Turbina d'impatto:
Questo tipo di turbina utilizza la forza d'impatto del flusso d'acqua ad alta velocità per farla ruotare, e la più comune è quella a pale.
Le turbine a secchiello sono generalmente utilizzate nelle centrali idroelettriche ad alta prevalenza sopra menzionate. Le loro parti operative comprendono principalmente acquedotti, ugelli e getti d'acqua.
L'ago, la ruota idraulica e la voluta, ecc., sono dotati di numerose pale d'acqua solide a forma di cucchiaio sul bordo esterno della ruota idraulica. L'efficienza di questa turbina varia con il carico
Il cambiamento è piccolo, 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 migliorare l'efficienza, la turbina a pale ad acqua di grandi dimensioni è stata modificata passando da un asse orizzontale a un asse verticale e sviluppata da un singolo ugello a ugelli multipli.
3. Introduzione alla struttura della turbina a reazione
La parte interrata, compresi la voluta, l'anello di tenuta, il tubo di aspirazione, ecc., è interamente inglobata nelle fondamenta in cemento. Essa fa parte del sistema di deviazione e troppopieno dell'acqua dell'unità.
Voluta
La voluta si divide in voluta in calcestruzzo e voluta metallica. Le unità con un salto idraulico entro i 40 metri utilizzano perlopiù volute in calcestruzzo. Per le turbine con un salto idraulico superiore a 40 metri, si utilizzano generalmente volute metalliche per via della necessità di maggiore resistenza. La voluta metallica presenta i vantaggi di elevata resistenza, facilità di lavorazione, semplicità di costruzione civile e facile collegamento con la condotta forzata di derivazione dell'acqua della centrale idroelettrica.
Esistono due tipi di volute metalliche: saldate e fuse.
Per le turbine a impatto di grandi e medie dimensioni con un salto idraulico di circa 40-200 metri, si utilizzano principalmente volute saldate in lamiera d'acciaio. Per facilitare la saldatura, la voluta viene spesso suddivisa in diverse sezioni coniche, ciascuna circolare, mentre la sezione di coda, a causa della riduzione della sezione, assume una forma ovale per la saldatura con l'anello di tenuta. Ogni segmento conico viene formato mediante una macchina per laminazione di lamiere.
Nelle piccole turbine Francis si utilizzano spesso volute in ghisa fuse in un unico pezzo. Per le turbine ad alta prevalenza e di grande capacità, si utilizza solitamente una voluta in acciaio fuso, in cui la voluta e l'anello di tenuta sono fusi insieme.
La parte inferiore della voluta è dotata di una valvola di scarico per drenare l'acqua accumulata durante la manutenzione.
Anello di sicurezza
L'anello di tenuta è la parte 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, pertanto deve possedere sufficiente resistenza e rigidità. Il meccanismo di base dell'anello di tenuta è costituito da un anello superiore, un anello inferiore e una pala direttrice fissa. La pala direttrice fissa supporta l'anello di tenuta, funge da puntone che trasmette il carico assiale e da superficie di flusso. Allo stesso tempo, è un elemento di riferimento fondamentale nell'assemblaggio dei componenti principali della turbina ed è una delle prime parti ad essere installate. Pertanto, deve possedere sufficiente resistenza e rigidità, oltre a garantire buone prestazioni idrauliche.
L'anello della sede funge sia da elemento portante che da elemento di passaggio del fluido, pertanto la superficie di passaggio presenta una forma aerodinamica per garantire perdite idrauliche minime.
L'anello di tenuta presenta generalmente tre forme strutturali: a pilastro singolo, semi-integrale e integrale. Per le turbine Francis, si utilizza solitamente un anello di tenuta con struttura integrale.
Tubo di aspirazione e anello di fondazione
Il tubo di aspirazione è una parte del condotto di flusso della turbina e ne esistono due tipi: diritto, conico e curvo. Il tubo di aspirazione curvo è generalmente utilizzato nelle turbine di grandi e medie dimensioni. L'anello di fondazione è la parte fondamentale che collega l'anello della 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 che entra nella girante. Il controllo a pale rotanti multiple, dalle buone prestazioni, garantisce che il flusso d'acqua entri uniformemente lungo la circonferenza con una minima perdita di energia a diverse portate. Il meccanismo assicura che la turbina abbia buone caratteristiche idrauliche, regola il flusso per modificare la potenza erogata, sigilla il flusso d'acqua e arresta la rotazione dell'unità durante il normale funzionamento e in caso di arresto anomalo. I meccanismi di guida dell'acqua di grandi e medie dimensioni possono essere suddivisi in cilindrici, conici (per turbine a bulbo e a flusso obliquo) e radiali (per turbine a penetrazione totale) in base alla posizione dell'asse delle pale direttrici. Il meccanismo di guida dell'acqua è composto principalmente da pale direttrici, meccanismi di azionamento delle pale direttrici, componenti anulari, manicotti dell'albero, guarnizioni e altri componenti.
Struttura del dispositivo a paletta direttrice.
I componenti anulari del meccanismo di guida dell'acqua includono un anello inferiore, un coperchio superiore, un coperchio di supporto, un anello di controllo, una staffa di supporto, una staffa di spinta, ecc. Essi sono soggetti a forze complesse e richiedono elevati standard di produzione.
Anello inferiore
L'anello inferiore è una parte anulare piatta fissata all'anello di supporto, la maggior parte dei quali è realizzata mediante fusione e saldatura. A causa delle limitazioni imposte dalle condizioni di trasporto, nelle unità di grandi dimensioni può essere suddiviso in due metà o in una combinazione di più elementi. Per le centrali idroelettriche soggette a usura da sedimenti, vengono adottate specifiche misure antiusura sulla superficie di flusso. Attualmente, le piastre antiusura vengono 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 pala direttrice sono sigillate con gomma, sull'anello inferiore deve essere presente una scanalatura di ritegno o una scanalatura di tenuta in gomma a piastra di pressione. La nostra fabbrica utilizza principalmente piastre di tenuta in ottone. Il foro dell'albero della pala direttrice sull'anello inferiore deve essere concentrico con il coperchio superiore. Il coperchio superiore e l'anello inferiore vengono spesso utilizzati per la stessa alesatura nelle unità di medie e piccole dimensioni. Le unità di grandi dimensioni vengono ora alesate direttamente nella nostra fabbrica con una macchina alesatrice CNC.
Ciclo di controllo
L'anello di controllo è una parte anulare che trasmette la forza del relè e fa ruotare la paletta direttrice attraverso il meccanismo di trasmissione.
Paletta direzionale
Attualmente, le pale direttrici presentano spesso due forme standard: simmetrica e asimmetrica. Le pale direttrici simmetriche sono generalmente utilizzate nelle turbine a flusso assiale ad alta velocità specifica con angolo di avvolgimento della voluta incompleto; le pale direttrici asimmetriche sono generalmente utilizzate nelle turbine a flusso assiale a bassa velocità specifica con ampia apertura e nelle turbine Francis ad alta e media velocità specifica. Le pale direttrici (cilindriche) sono generalmente fuse in un unico pezzo, ma nelle unità di grandi dimensioni si utilizzano anche strutture saldate e fuse.
La pala direttrice è una parte importante del meccanismo di guida dell'acqua, che svolge un ruolo chiave nella formazione e nella variazione del volume di circolazione dell'acqua in ingresso nella girante. La pala direttrice è composta da due parti: il corpo e l'albero. Generalmente, si utilizza un unico pezzo fuso, ma per le unità di grandi dimensioni si ricorre anche alla saldatura della fusione. I materiali utilizzati sono generalmente ZG30 e ZG20MnSi. Per garantire la rotazione fluida della pala direttrice, gli alberi superiore, centrale e inferiore devono essere concentrici, l'oscillazione radiale non deve superare la metà della tolleranza di diametro dell'albero centrale e l'errore ammissibile di non perpendicolarità della superficie terminale della pala rispetto all'asse non deve superare 0,15/1000. Il profilo della superficie di flusso della pala direttrice influenza direttamente il volume di circolazione dell'acqua in ingresso nella girante. La testa e la coda della pala direttrice sono generalmente realizzate in acciaio inossidabile per migliorare la resistenza alla cavitazione.
Manicotto della paletta direttrice e dispositivo di spinta della paletta direttrice
Il manicotto della paletta direttrice è un componente che fissa il diametro dell'albero centrale sulla paletta direttrice e la sua struttura è correlata al materiale, alla tenuta e all'altezza del coperchio superiore. Generalmente ha la forma di un cilindro integrale, ma nelle unità di grandi dimensioni è perlopiù segmentato, il che offre il vantaggio di una regolazione molto precisa del gioco.
Il dispositivo di spinta delle pale direttrici impedisce che queste acquisiscano galleggiamento verso l'alto a causa della pressione dell'acqua. Quando il peso della pala direttrice supera il suo limite, essa si solleva, urta contro il coperchio superiore e influenza la forza esercitata sulla biella. La piastra di spinta è generalmente realizzata in bronzo all'alluminio.
Guarnizione della paletta direttrice
La paletta direttrice svolge tre funzioni di tenuta: ridurre la perdita di energia, ridurre le perdite d'aria durante il funzionamento a modulazione di fase e ridurre la cavitazione. Le tenute delle palette direttrici si dividono in tenute di elevazione e tenute di estremità.
Nella parte centrale e inferiore del diametro dell'albero della pala direttrice sono presenti delle guarnizioni. Quando il diametro dell'albero è sigillato, la pressione dell'acqua tra l'anello di tenuta e il diametro dell'albero della pala direttrice viene mantenuta a una tenuta ermetica. Pertanto, nella boccola sono presenti dei fori di drenaggio. La guarnizione del diametro inferiore dell'albero serve principalmente a impedire l'ingresso di sedimenti e l'usura del diametro dell'albero.
Esistono molti tipi di meccanismi di trasmissione a palette direttrici, e due sono comunemente utilizzati. Il primo è del tipo a forcella, che offre una buona resistenza alle sollecitazioni ed è adatto a unità di grandi e medie dimensioni. Il secondo è del tipo a maniglia ad orecchio, caratterizzato principalmente da una struttura semplice e più adatto a unità di piccole e medie dimensioni.
Il meccanismo di trasmissione dell'impugnatura ad orecchio è composto principalmente da braccio della paletta di guida, piastra di collegamento, semichiavetta divisa, perno di taglio, manicotto dell'albero, coperchio terminale, impugnatura ad orecchio, perno della biella del manicotto rotante, ecc. La forza non è elevata, 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 paletta di guida, piastra di collegamento, testa della forcella, perno della testa della forcella, vite di collegamento, dado, semichiavetta, perno di sicurezza, manicotto dell'albero, coperchio terminale e anello di compensazione, ecc.
Il braccio della paletta direttrice e la paletta stessa sono collegati tramite una chiavetta a due snodi per trasmettere direttamente la coppia di azionamento. Sul braccio della paletta direttrice è installato un coperchio terminale, sul quale la paletta è sospesa mediante una vite di regolazione. Grazie all'utilizzo di una chiavetta a due snodi, la paletta si muove verticalmente durante la regolazione del gioco tra le superfici terminali superiore e inferiore del corpo della paletta, senza che la posizione degli altri componenti della trasmissione venga influenzata.
Nel meccanismo di trasmissione della forcella, il braccio della paletta di guida e la piastra di collegamento sono dotati di perni di sicurezza. Se le palette di guida si bloccano a causa di corpi estranei, la forza di azionamento delle parti di trasmissione interessate aumenterà bruscamente. Quando la sollecitazione aumenta di 1,5 volte, i perni di sicurezza si tranciano per primi, proteggendo così le altre parti di 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 orizzontale, è possibile installare un anello di compensazione per la regolazione. Le filettature alle due estremità della vite di collegamento sono rispettivamente destrorse e sinistrorse, 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 tramite la corona superiore, l'anello inferiore e le pale. La maggior parte degli alberi principali delle turbine sono fusi. Esistono molti tipi di cuscinetti di guida. A seconda delle condizioni operative della centrale elettrica, si possono utilizzare diversi tipi di cuscinetti, come quelli a lubrificazione ad acqua, a lubrificazione a olio sottile e a lubrificazione a secco. Generalmente, le centrali elettriche adottano principalmente cuscinetti a cilindro o a blocco con lubrificazione a olio sottile.
Francis 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 sfogo della pressione per ridurre la spinta assiale dell'acqua. Anche l'anello inferiore è dotato di un dispositivo anti-perdita.
Pale di scorrimento 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 assemblate con parti meccaniche come viti e perni dopo la lavorazione. (Generalmente, il diametro della girante è superiore a 5 metri). Il materiale di produzione è generalmente ZG30 e ZG20MnSi. Il numero di pale della girante è generalmente 4, 5, 6 o 8.
Corpo del corridore
Il corpo della girante è dotato di tutte le pale e del meccanismo di azionamento; la parte superiore è collegata all'albero principale, mentre la parte inferiore è collegata al cono di drenaggio, che ha una forma complessa. Solitamente il corpo della girante è realizzato in acciaio ZG30 e ZG20MnSi. La forma è perlopiù sferica per ridurre la perdita di volume. La struttura specifica del corpo della girante dipende dalla posizione di disposizione del relè e dalla forma del meccanismo di azionamento. Nel suo collegamento con l'albero principale, la vite di accoppiamento sopporta solo la forza assiale, mentre la coppia è sopportata dai perni cilindrici distribuiti lungo la direzione radiale della superficie di giunzione.
Meccanismo operativo
Collegamento diretto con telaio operativo:
1. Quando l'angolo della lama è in posizione intermedia, il braccio è orizzontale e la biella è verticale.
2. Il braccio rotante e la lama utilizzano perni cilindrici per trasmettere la coppia, e la posizione radiale è determinata dall'anello elastico.
3. La biella è divisa in biella interna ed esterna, e la forza viene distribuita uniformemente.
4. Sul telaio operativo è presente un'impugnatura ad orecchio, che facilita la regolazione durante il montaggio. La superficie terminale di accoppiamento tra l'impugnatura ad orecchio e il telaio operativo è limitata da un perno di fine corsa per impedire che la biella si incastri quando l'impugnatura ad 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 lame.
Meccanismo di collegamento diretto senza telaio operativo: 1. Il telaio operativo viene eliminato e la biella e il braccio rotante sono azionati direttamente dal pistone di rinvio. nelle unità di grandi dimensioni.
Meccanismo di collegamento obliquo con telaio operativo: 1. Quando l'angolo di rotazione della lama è in posizione centrale, il braccio girevole e la biella hanno un ampio angolo di inclinazione. 2. La corsa del relè è aumentata e nel rotore con più lame.
Stanza del corridore
La camera di girante è una struttura globale saldata in lamiera d'acciaio, e le parti centrali soggette a cavitazione sono realizzate in acciaio inossidabile per migliorarne la resistenza. La camera di girante presenta una rigidità sufficiente a garantire un gioco uniforme tra le pale della girante e la camera stessa durante il funzionamento dell'unità. Il nostro stabilimento ha sviluppato un metodo di lavorazione completo per la produzione: A. Lavorazione con tornio verticale CNC. B. Lavorazione mediante profilatura. La sezione conica diritta del tubo di aspirazione è rivestita con lamiere d'acciaio, formate in fabbrica e assemblate in loco.
Data di pubblicazione: 26 settembre 2022
