Uma turbina hidráulica é uma máquina que converte a energia potencial da água em energia mecânica. Utilizando essa máquina para acionar um gerador, a energia da água pode ser convertida em
Eletricidade. Este é o conjunto hidrogerador.
As turbinas hidráulicas modernas podem ser divididas em duas categorias, de acordo com o princípio do fluxo de água e as características estruturais.
Outro tipo de turbina que utiliza tanto a energia cinética quanto a energia potencial da água é chamada de turbina de impacto.
Contra-ataque
A água captada do reservatório a montante flui primeiro para a câmara de desvio de água (voluta) e, em seguida, para o canal curvo da pá do rotor através da pá guia.
O fluxo de água produz uma força de reação nas pás, o que faz o impulsor girar. Nesse momento, a energia da água é convertida em energia mecânica, e a água que sai do rotor é descarregada através do tubo de sucção.
A jusante.
A turbina de impacto inclui principalmente fluxo Francis, fluxo oblíquo e fluxo axial. A principal diferença reside na estrutura do rotor.
(1) O rotor Francis é geralmente composto por 12 a 20 lâminas torcidas aerodinâmicas e componentes principais como coroa da roda e anel inferior.
Com fluxo de entrada e saída axial, este tipo de turbina possui uma ampla gama de alturas de queda d'água aplicáveis, pequeno volume e baixo custo, sendo amplamente utilizada em locais com altas alturas de queda d'água.
As turbinas de fluxo axial dividem-se em tipo hélice e tipo rotativo. O primeiro possui uma pá fixa, enquanto o segundo possui uma pá rotativa. O rotor de uma turbina de fluxo axial é geralmente composto por 3 a 8 pás, corpo do rotor, cone de drenagem e outros componentes principais. A capacidade de vazão desse tipo de turbina é maior do que a de uma turbina de fluxo Francis. Já a turbina de pás, por ter a pá capaz de alterar sua posição de acordo com a carga, apresenta alta eficiência em faixas de grande variação de carga. O desempenho anticavitação e a resistência da turbina são inferiores aos da turbina de fluxo misto, e sua estrutura também é mais complexa. Geralmente, é adequada para quedas d'água baixas e médias, na faixa de 10 m.
(2) A função da câmara de desvio de água é fazer com que a água flua uniformemente para o mecanismo de guia de água, reduzir a perda de energia do mecanismo de guia de água e melhorar a roda de água.
Eficiência da máquina. Para turbinas de grande e médio porte com queda d'água acima, uma voluta metálica com seção circular é frequentemente utilizada.
(3) O mecanismo de guia de água é geralmente disposto uniformemente ao redor do rotor, com um certo número de palhetas guia aerodinâmicas e seus mecanismos de rotação, etc.
A função do componente é direcionar o fluxo de água para o rotor de maneira uniforme e, ajustando a abertura da pá guia, alterar o fluxo de água da turbina para adequá-lo à necessidade.
Os requisitos de ajuste e alteração da carga do gerador também podem desempenhar o papel de vedação da água quando todos estiverem fechados.
(4) Tubo de sucção: Como parte da energia restante no fluxo de água na saída do rotor não é utilizada, a função do tubo de sucção é recuperar a
Parte da energia é aproveitada e a água é drenada rio abaixo. Turbinas pequenas geralmente utilizam tubos de sucção de cone reto, que possuem alta eficiência, mas turbinas de grande e médio porte são...
Como os canos de água não podem ser enterrados muito fundo, são usados canos de sucção com curva em cotovelo.
Além disso, existem turbinas tubulares, turbinas de fluxo oblíquo, turbinas de bomba reversíveis, etc., na turbina de impacto.
Turbina de impacto:
Este tipo de turbina utiliza a força de impacto do fluxo de água em alta velocidade para girar a turbina, sendo o tipo de pá o mais comum.
As turbinas de caçamba são geralmente utilizadas em usinas hidrelétricas de grande queda. Seus componentes principais incluem aquedutos, bicos e aspersores.
A agulha, a roda d'água e a voluta, entre outros componentes, são equipadas com várias pás sólidas em forma de colher na borda externa da roda d'água. A eficiência dessa turbina varia de acordo com a carga.
A mudança é pequena, mas a capacidade de passagem de água é limitada pelo bocal, que é muito menor do que o fluxo radial-axial. Para melhorar a capacidade de passagem de água, aumente a vazão e
Para melhorar a eficiência, a turbina de caçamba de água em grande escala foi alterada de um eixo horizontal para um eixo vertical e desenvolvida de um único bocal para múltiplos bocais.
3. Introdução à estrutura da turbina de reação
A parte enterrada, incluindo a voluta, o anel de vedação, o tubo de sucção, etc., está toda enterrada na fundação de concreto. Faz parte do sistema de desvio e extravasamento de água da unidade.
Voluta
A voluta divide-se em voluta de concreto e voluta metálica. As unidades com queda d'água de até 40 metros geralmente utilizam voluta de concreto. Para turbinas com queda d'água superior a 40 metros, são geralmente utilizadas volutas metálicas devido à necessidade de maior resistência. A voluta metálica apresenta as vantagens de alta resistência, facilidade de processamento, construção civil simples e fácil conexão com a tubulação de derivação da usina.
Existem dois tipos de volutas metálicas: soldadas e fundidas.
Para turbinas de impacto de grande e médio porte com uma queda d'água de cerca de 40 a 200 metros, são utilizadas principalmente volutas soldadas em chapa de aço. Para facilitar a soldagem, a voluta é frequentemente dividida em várias seções cônicas, cada uma circular, e a seção da cauda da voluta, devido à sua seção transversal reduzida, assume um formato oval para a soldagem com o anel de vedação. Cada segmento cônico é conformado por laminação em uma máquina de laminação de chapas.
Em turbinas Francis de pequeno porte, são frequentemente utilizadas volutas de ferro fundido, moldadas em uma única peça. Para turbinas de alta queda e grande capacidade, geralmente utiliza-se uma voluta de aço fundido, sendo a voluta e o anel de vedação fundidos em uma única peça.
A parte inferior da voluta está equipada com uma válvula de drenagem para escoar a água acumulada durante a manutenção.
Anel de assento
O anel de assento é a parte fundamental da turbina de impacto. Além de suportar a pressão da água, ele também suporta o peso de toda a unidade e do concreto da seção transversal, exigindo, portanto, resistência e rigidez suficientes. O mecanismo básico do anel de assento consiste em um anel superior, um anel inferior e uma palheta guia fixa. A palheta guia fixa serve de suporte para o anel de assento, transmitindo a carga axial e atuando como superfície de fluxo. Ao mesmo tempo, é uma peça de referência essencial na montagem dos principais componentes da turbina, sendo uma das primeiras peças a serem instaladas. Portanto, deve apresentar resistência e rigidez suficientes, além de bom desempenho hidráulico.
O anel de vedação funciona tanto como componente estrutural quanto como elemento de passagem de fluido, portanto, a superfície de passagem possui um formato aerodinâmico para garantir a mínima perda hidráulica.
O anel de assento geralmente apresenta três formas estruturais: formato de pilar único, formato semi-integral e formato integral. Para turbinas Francis, normalmente utiliza-se um anel de assento com estrutura integral.
Tubo de sucção e anel de fundação
O tubo de sucção faz parte da passagem do fluxo da turbina e pode ser de dois tipos: reto, cônico e curvo. O tubo de sucção curvo é geralmente usado em turbinas de grande e médio porte. O anel de fundação é a peça fundamental que conecta o anel de assento da turbina Francis à seção de entrada do tubo de sucção e é embutido no concreto. O anel inferior do rotor gira dentro dele.
Estrutura guia de água
A função do mecanismo de guia de água da turbina hidráulica é formar e alterar o volume de circulação do fluxo de água que entra no rotor. O controle rotativo de múltiplas palhetas guia, com bom desempenho, é adotado para garantir que o fluxo de água entre uniformemente ao longo da circunferência, com pequena perda de energia sob diferentes vazões. O mecanismo garante que a turbina tenha boas características hidráulicas, ajusta o fluxo para alterar a potência de saída da unidade, veda o fluxo de água e interrompe a rotação da unidade durante paradas normais e em caso de emergência. Mecanismos de guia de água de grande e médio porte podem ser divididos em cilíndricos, cônicos (turbinas tipo bulbo e de fluxo oblíquo) e radiais (turbinas de penetração total), de acordo com a posição do eixo das palhetas guia. O mecanismo de guia de água é composto principalmente por palhetas guia, mecanismos de acionamento das palhetas guia, componentes anulares, buchas de eixo, vedações e outros componentes.
Estrutura do dispositivo de palheta guia.
Os componentes anulares do mecanismo de guia de água incluem um anel inferior, uma tampa superior, uma tampa de suporte, um anel de controle, um suporte de rolamento, um suporte de rolamento de encosto, etc. Eles apresentam forças complexas e altos requisitos de fabricação.
Anel inferior
O anel inferior é uma peça anular plana fixada ao anel de assento, sendo a maioria construída por fundição e soldagem. Devido às limitações de transporte em unidades de grande porte, ele pode ser dividido em duas metades ou composto por várias pétalas. Em usinas com desgaste por sedimentos, medidas antidesgaste específicas são aplicadas na superfície de contato com o fluxo. Atualmente, as placas antidesgaste são instaladas principalmente nas faces extremas, sendo a maioria fabricada em aço inoxidável 0Cr13Ni5Mn. Caso o anel inferior e as faces extremas superior e inferior da palheta guia sejam vedadas com borracha, deve haver um sulco de retenção ou um sulco de vedação de borracha tipo placa de pressão no anel inferior. Nossa fábrica utiliza principalmente placas de vedação de latão. O furo do eixo da palheta guia no anel inferior deve ser concêntrico com a tampa superior. A tampa superior e o anel inferior são frequentemente utilizados para o mesmo furo em unidades de médio e pequeno porte. As unidades de grande porte são atualmente usinadas diretamente em uma máquina de mandrilamento CNC em nossa fábrica.
Loop de controle
O anel de controle é uma peça anular que transmite a força do relé e gira a palheta guia através do mecanismo de transmissão.
Palheta guia
Atualmente, as pás guia geralmente apresentam dois formatos padrão: simétrico e assimétrico. As pás guia simétricas são normalmente utilizadas em turbinas de fluxo axial de alta velocidade específica com ângulo de envolvimento da voluta incompleto; as pás guia assimétricas são geralmente utilizadas em volutas com ângulo de envolvimento completo e operam com turbinas de fluxo axial de baixa velocidade específica com grande abertura, bem como em turbinas Francis de alta e média velocidade específica. As pás guia (cilíndricas) são geralmente fundidas em peça única, e estruturas fundidas e soldadas também são utilizadas em unidades de grande porte.
A palheta guia é uma parte importante do mecanismo de direcionamento de água, desempenhando um papel fundamental na formação e alteração do volume de circulação de água que entra no rotor. A palheta guia é dividida em duas partes: o corpo da palheta guia e o diâmetro do eixo da palheta guia. Geralmente, utiliza-se fundição integral, e em unidades de grande porte também se utiliza soldagem por fundição. Os materiais geralmente utilizados são ZG30 e ZG20MnSi. Para garantir a rotação flexível da palheta guia, os eixos superior, intermediário e inferior devem ser concêntricos, a oscilação radial não deve ser superior à metade da tolerância do diâmetro do eixo central e o erro admissível de não perpendicularidade da face da palheta guia em relação ao eixo não deve exceder 0,15/1000. O perfil da superfície de fluxo da palheta guia afeta diretamente o volume de circulação de água que entra no rotor. A cabeça e a cauda da palheta guia são geralmente feitas de aço inoxidável para melhorar a resistência à cavitação.
manga da palheta guia e dispositivo de impulso da palheta guia
A bucha da palheta guia é um componente que fixa o diâmetro do eixo central na palheta guia, e sua estrutura está relacionada ao material, à vedação e à altura da tampa superior. Geralmente tem a forma de um cilindro integral, e em unidades maiores, costuma ser segmentada, o que oferece a vantagem de permitir um ajuste preciso da folga.
O dispositivo de impulso da palheta guia impede que a palheta guia sofra flutuação ascendente sob a ação da pressão da água. Quando a palheta guia excede seu próprio peso, ela se eleva, colide com a tampa superior e exerce pressão sobre a biela. A placa de impulso é geralmente feita de bronze de alumínio.
Vedação da palheta guia
A palheta guia possui três funções de vedação: reduzir a perda de energia, reduzir o vazamento de ar durante a operação de modulação de fase e reduzir a cavitação. As vedações da palheta guia dividem-se em vedações de elevação e vedações de extremidade.
Existem vedações no meio e na parte inferior do diâmetro do eixo da palheta guia. Quando o diâmetro do eixo está vedado, a pressão da água entre o anel de vedação e o diâmetro do eixo da palheta guia é mantida estanque. Portanto, existem orifícios de drenagem na bucha. A vedação do diâmetro inferior do eixo serve principalmente para impedir a entrada de sedimentos e o desgaste do diâmetro do eixo.
Existem muitos tipos de mecanismos de transmissão de palhetas guia, sendo dois os mais comuns. Um deles é o tipo garfo, que apresenta boa resistência à tensão e é adequado para unidades de grande e médio porte. O outro é o tipo alça em forma de orelha, que se caracteriza principalmente por uma estrutura simples e é mais adequado para unidades de pequeno e médio porte.
O mecanismo de transmissão com alavanca auricular é composto principalmente por braço guia, placa de conexão, chaveta bipartida, pino de cisalhamento, bucha do eixo, tampa da extremidade, alavanca auricular, pino da biela de conexão da bucha rotativa, etc. A força não é grande, mas a estrutura é simples, sendo mais adequada para unidades de pequeno e médio porte.
Mecanismo de acionamento do garfo
O mecanismo de transmissão da cabeça do garfo é composto principalmente por braço da palheta guia, placa de conexão, cabeça do garfo, pino da cabeça do garfo, parafuso de conexão, porca, meia chaveta, pino de cisalhamento, bucha do eixo, tampa da extremidade e anel de compensação, etc.
O braço da palheta guia e a palheta guia são conectados por uma chaveta bipartida para transmitir diretamente o torque de operação. Uma tampa é instalada no braço da palheta guia, e a palheta guia é suspensa nessa tampa por um parafuso de ajuste. Devido ao uso da chaveta bipartida, a palheta guia se move para cima e para baixo ao ajustar a folga entre as faces superior e inferior do corpo da palheta guia, sem afetar a posição das demais peças de transmissão.
No mecanismo de transmissão da cabeça do garfo, o braço da palheta guia e a placa de conexão são equipados com pinos de cisalhamento. Se as palhetas guia ficarem presas devido a objetos estranhos, a força de operação das peças de transmissão relevantes aumentará drasticamente. Quando a tensão aumentar para 1,5 vezes o valor inicial, os pinos de cisalhamento se romperão primeiro, protegendo as demais peças de transmissão contra danos.
Além disso, na conexão entre a placa de ligação ou o anel de controle e a cabeça do garfo, para manter o parafuso de ligação na horizontal, pode-se instalar um anel de compensação para ajuste. As roscas em ambas as extremidades do parafuso de ligação são esquerda e direita, respectivamente, permitindo o ajuste do comprimento da haste de ligação e da abertura da palheta guia durante a instalação.
Parte rotativa
A parte rotativa é composta principalmente por um rotor, um eixo principal, um mancal e um dispositivo de vedação. O rotor é montado e soldado pela coroa superior, o anel inferior e as pás. A maioria dos eixos principais das turbinas são fundidos. Existem muitos tipos de mancais de guia. De acordo com as condições de operação da usina, existem vários tipos de mancais, como os lubrificados a água, os lubrificados a óleo fino e os lubrificados a óleo seco. Geralmente, as usinas adotam principalmente mancais de cilindro ou de bloco lubrificados a óleo fino.
Corredor Francis
A válvula Francis consiste em uma coroa superior, pás e um anel inferior. A coroa superior geralmente é equipada com um anel anti-vazamento para reduzir a perda de água por vazamento e um dispositivo de alívio de pressão para reduzir o empuxo axial da água. O anel inferior também é equipado com um dispositivo anti-vazamento.
Lâminas do rotor axial
A pá do rotor de fluxo axial (o principal componente para conversão de energia) é composta por duas partes: o corpo e o pivô. Fundidas separadamente, são unidas a peças mecânicas como parafusos e pinos após o processamento. (Geralmente, o diâmetro do rotor é superior a 5 metros). Os aços utilizados na produção são geralmente ZG30 e ZG20MnSi. O número de pás do rotor geralmente varia entre 4, 5, 6 e 8.
Corpo de corredor
O corpo do rotor é equipado com todas as pás e o mecanismo de acionamento. A parte superior é conectada ao eixo principal, e a parte inferior, ao cone de drenagem, apresentando um formato complexo. Geralmente, o corpo do rotor é fabricado em ZG30 e ZG20MnSi. Seu formato é predominantemente esférico para minimizar a perda de volume. A estrutura específica do corpo do rotor depende da posição do relé e do formato do mecanismo de acionamento. Em sua conexão com o eixo principal, o parafuso de acoplamento suporta apenas a força axial, enquanto o torque é suportado pelos pinos cilíndricos distribuídos radialmente na superfície de contato.
Mecanismo de funcionamento
Ligação direta com estrutura de operação:
1. Quando o ângulo da lâmina está na posição intermediária, o braço está na horizontal e a biela na vertical.
2. O braço rotativo e a lâmina utilizam pinos cilíndricos para transmitir o torque, e a posição radial é definida pelo anel de retenção.
3. A biela é dividida em bielas interna e externa, e a força é distribuída uniformemente.
4. Existe uma alça auricular na estrutura de operação, que facilita o ajuste durante a montagem. A extremidade de encaixe da alça auricular e a estrutura de operação são limitadas por um pino limitador para evitar que a haste de conexão fique presa quando a alça auricular estiver fixada.
5. A estrutura de operação adota o formato de “I”. A maioria delas é utilizada em unidades de pequeno e médio porte com 4 a 6 pás.
Mecanismo de ligação direta sem estrutura de acionamento: 1. A estrutura de acionamento é eliminada, e a biela e o braço rotativo são acionados diretamente pelo pistão do relé. Em unidades de grande porte.
Mecanismo de ligação oblíqua com estrutura de operação: 1. Quando o ângulo de rotação da lâmina está na posição intermediária, o braço giratório e a biela apresentam um grande ângulo de inclinação. 2. O curso do relé é aumentado, e no rotor com mais lâminas.
Quarto do corredor
A câmara do rotor é uma estrutura soldada em chapa de aço, e as partes centrais propensas à cavitação são feitas de aço inoxidável para melhorar a resistência à cavitação. A câmara do rotor possui rigidez suficiente para atender ao requisito de folga uniforme entre as pás do rotor e a câmara durante o funcionamento da unidade. Nossa fábrica desenvolveu um método de processamento completo no processo de fabricação: A. Usinagem em torno vertical CNC. B. Usinagem por perfilagem. A seção cônica reta do tubo de sucção é revestida com chapas de aço, moldadas na fábrica e montadas no local.
Data da publicação: 26/09/2022
