Водяная турбина — это машина, которая преобразует потенциальную энергию воды в механическую энергию. Используя эту машину для привода генератора, энергия воды может быть преобразована в механическую энергию.
Электричество. Это гидрогенераторная установка.
Современные гидравлические турбины можно разделить на две категории в зависимости от принципа движения воды и конструктивных характеристик.
Другой тип турбин, использующих как кинетическую, так и потенциальную энергию воды, называется ударной турбиной.
Контратаковать
Вода, забираемая из расположенного выше по течению водохранилища, сначала поступает в водоотводную камеру (улитку), а затем через направляющую лопатку поступает в изогнутый канал лопатки рабочего колеса.
Поток воды создает реактивную силу на лопастях, которая приводит в движение рабочее колесо. В этот момент энергия воды преобразуется в механическую энергию, и вода, вытекающая из рабочего колеса, отводится через отводящую трубу.
Ниже по течению.
В ударной турбине в основном используются потоки Фрэнсиса, косые потоки и осевые потоки. Главное отличие заключается в разной конструкции рабочего колеса.
(1) Ролик Фрэнсиса обычно состоит из 12-20 обтекаемых витых лопастей и основных компонентов, таких как корона колеса и нижнее кольцо.
Благодаря притоку и осевому выходу, этот тип турбины имеет широкий диапазон применимых напоров воды, малый объем и низкую стоимость, и широко используется при высоких напорах воды.
Осевые турбины делятся на турбины с пропеллером и роторные. В первом случае лопасти неподвижны, во втором — вращаются. Рабочее колесо осевой турбины обычно состоит из 3-8 лопастей, корпуса, дренажного конуса и других основных компонентов. Пропускная способность таких турбин выше, чем у турбин Фрэнсиса. Что касается лопастных турбин, поскольку лопасти могут изменять свое положение в зависимости от нагрузки, они обладают высокой эффективностью в диапазоне больших изменений нагрузки. Однако антикавитационные характеристики и прочность турбины хуже, чем у турбин смешанного потока, и конструкция также более сложная. Обычно она подходит для низкого и среднего напора воды в диапазоне 10.
(2) Функция водоотводной камеры заключается в обеспечении равномерного потока воды в водонаправляющий механизм, снижении потерь энергии водонаправляющего механизма и улучшении работы водяного колеса.
КПД машины. Для крупных и средних турбин с водяным напором сверху часто используется металлический спиральный корпус круглого сечения.
(3) Водонаправляющий механизм обычно располагается равномерно вокруг рабочего колеса, с определенным количеством обтекаемых направляющих лопаток и их вращающимися механизмами и т. д.
Функция данной конструкции заключается в равномерном направлении потока воды в рабочее колесо, а также в изменении степени открытия направляющей лопатки для регулирования перелива турбины в соответствии с потребностями.
Требования к регулировке и изменению нагрузки генератора также могут играть роль герметизирующей воды, когда все они закрыты.
(4) Отводная труба: Поскольку часть оставшейся энергии потока воды на выходе из рабочего колеса не используется, функция отводной трубы заключается в рекуперации
Часть энергии отводится вниз по течению. В небольших турбинах обычно используются прямоконические отводные трубы, обладающие высокой эффективностью, но в больших и средних турбинах используются более крупные и средние турбины.
Водопроводные трубы нельзя прокладывать на большую глубину, поэтому используются отводные трубы с коленами.
Кроме того, в состав ударной турбины входят трубчатые турбины, турбины с косым потоком, реверсивные насосные турбины и т.д.
Ударная турбина:
В этом типе турбин для вращения используется ударная сила высокоскоростного потока воды, и наиболее распространенным является лопастной тип.
Ковшовые турбины обычно используются на гидроэлектростанциях с высоким напором. К основным рабочим частям турбин относятся водопроводы, сопла и распылители.
Игольчатое, водяное и спиральное колеса и т. д. снабжены множеством массивных ложкообразных водосливных емкостей по внешнему краю водяного колеса. КПД этой турбины изменяется в зависимости от нагрузки.
Изменение незначительно, но пропускная способность по воде ограничена соплом, диаметр которого значительно меньше диаметра радиально-осевого потока. Для повышения пропускной способности по воде необходимо увеличить выходную мощность и
Для повышения эффективности крупномасштабная водометная турбина была переоборудована с горизонтальной оси на вертикальную, а также усовершенствована от односопловой до многосопловой конструкции.
3. Введение в устройство реактивной турбины
Вся заглубленная часть, включая спиральный корпус, уплотнительное кольцо, отводную трубу и т. д., заглублена в бетонный фундамент. Она является частью системы отвода и перелива воды в энергоблоке.
Вольта
Улитка бывает двух типов: бетонная и металлическая. В турбинах с напором воды до 40 метров чаще всего используется бетонная улитка. Для турбин с напором воды более 40 метров, как правило, используются металлические улитки из-за необходимости обеспечения прочности. Металлическая улитка обладает такими преимуществами, как высокая прочность, удобство обработки, простота строительства и лёгкое соединение с водоводом электростанции.
Существует два типа металлических спиральных корпусов: сварные и литые.
Для крупных и средних ударных турбин с напором воды около 40-200 метров в основном используются сварные спиральные корпуса из стальных листов. Для удобства сварки спиральный корпус часто делят на несколько конических секций, каждая из которых имеет круглую форму, а хвостовая часть спирального корпуса, из-за уменьшения сечения, приобретает овальную форму для сварки с седловым кольцом. Каждый конический сегмент формуется на листопрокатном станке.
В небольших турбинах Фрэнсиса часто используются чугунные спиральные корпуса, отлитые целиком. Для турбин с высоким напором и большой мощностью обычно используется литой стальной спиральный корпус, при этом корпус и седловое кольцо отливаются в единое целое.
В нижней части спирального корпуса установлен сливной клапан для слива скопившейся воды во время технического обслуживания.
Кольцо сиденья
Опорное кольцо является основной частью ударной турбины. Помимо давления воды, оно также несет вес всего агрегата и бетона его секции, поэтому требует достаточной прочности и жесткости. Основной механизм опорного кольца состоит из верхнего кольца, нижнего кольца и неподвижной направляющей лопатки. Неподвижная направляющая лопатка является опорой опорного кольца, стойкой, передающей осевую нагрузку, и поверхностью потока. В то же время, это основная опорная деталь при сборке основных компонентов турбины и одна из первых установленных деталей. Поэтому она должна обладать достаточной прочностью и жесткостью, а также хорошими гидравлическими характеристиками.
Седловое кольцо является одновременно несущей и проточной частью, поэтому проточная поверхность имеет обтекаемую форму для обеспечения минимальных гидравлических потерь.
Опорное кольцо обычно имеет три конструктивные формы: одностоечную, полуцельную и цельную. Для турбин Фрэнсиса обычно используется цельная конструкция опорного кольца.
Вытяжная труба и фундаментное кольцо
Отводящая труба является частью проточного канала турбины, и бывают двух видов: прямые, конические и изогнутые. Изогнутая отводящая труба обычно используется в турбинах больших и средних размеров. Опорное кольцо — это основная деталь, соединяющая опорное кольцо турбины Фрэнсиса с входным участком отводящей трубы, и оно заглублено в бетон. Внутри него вращается нижнее кольцо рабочего колеса.
Водопроводная конструкция
Функция водонаправляющего механизма водяной турбины заключается в формировании и изменении объема циркуляции потока воды, поступающего в рабочее колесо. Для обеспечения равномерного потока воды по окружности рабочего колеса с минимальными потерями энергии при различных расходах используется высокоэффективная система управления многолопастными направляющими. Это обеспечивает хорошие гидравлические характеристики турбины, регулирует поток для изменения выходной мощности агрегата, герметизирует поток воды и останавливает вращение агрегата во время нормального и аварийного останова. Крупные и средние водонаправляющие механизмы можно разделить на цилиндрические, конические (турбины с шаровидным и косым потоком) и радиальные (турбины с полным прохождением потока) в зависимости от положения оси направляющих лопаток. Водонаправляющий механизм в основном состоит из направляющих лопаток, механизмов управления направляющими лопатками, кольцевых элементов, втулок вала, уплотнений и других компонентов.
Конструкция устройства направляющей лопатки.
Кольцевые компоненты механизма подачи воды включают в себя нижнее кольцо, верхнюю крышку, опорную крышку, контрольное кольцо, кронштейн подшипника, кронштейн упорного подшипника и т. д. Они обладают сложными силовыми нагрузками и предъявляют высокие требования к изготовлению.
Нижнее кольцо
Нижнее кольцо представляет собой плоскую кольцевую деталь, закрепленную на седловом кольце, в большинстве случаев выполненную методом литья и сварки. Из-за ограничений, связанных с условиями транспортировки крупных агрегатов, оно может быть разделено на две половины или представлять собой комбинацию нескольких лепестков. Для электростанций с износом от отложений на поверхности потока принимаются определенные меры по предотвращению износа. В настоящее время на торцевых поверхностях в основном устанавливаются противоизносные пластины, в большинстве случаев изготавливаемые из нержавеющей стали 0Cr13Ni5Mn. Если нижнее кольцо и верхняя и нижняя торцевые поверхности направляющей лопатки герметизированы резиной, на нижнем кольце должна быть хвостовая канавка или канавка для резинового уплотнения типа прижимной пластины. На нашем заводе в основном используются латунные уплотнительные пластины. Отверстие для вала направляющей лопатки на нижнем кольце должно быть концентричным с верхней крышкой. Верхняя крышка и нижнее кольцо часто используются для одной и той же расточки в средних и малых агрегатах. В настоящее время в наших агрегатах расточка крупных агрегатов выполняется непосредственно на станке с ЧПУ.
контур управления
Управляющее кольцо представляет собой кольцевую деталь, которая передает усилие реле и вращает направляющую лопатку через передаточный механизм.
Направляющая лопатка
В настоящее время направляющие лопатки часто имеют две стандартные формы: симметричную и асимметричную. Симметричные направляющие лопатки обычно используются в осевых турбинах с высокой удельной скоростью потока и неполным углом обхвата спирального корпуса; асимметричные направляющие лопатки обычно используются в спиральных корпусах с полным углом обхвата и работают с осевым потоком низкой удельной скорости и большим отверстием, а также в турбинах Фрэнсиса с высокой и средней удельной скоростью потока. Цилиндрические направляющие лопатки обычно отливаются целиком, а в крупных агрегатах также используются литые сварные конструкции.
Направляющая лопатка является важной частью водонаправляющего механизма, играющей ключевую роль в формировании и изменении объема циркуляции воды, поступающей в рабочее колесо. Направляющая лопатка делится на две части: корпус и диаметр вала. Как правило, используется цельное литье, а в крупных установках также применяется литье с сваркой. Материалы обычно представляют собой сплавы ZG30 и ZG20MnSi. Для обеспечения гибкого вращения направляющей лопатки верхний, средний и нижний валы должны быть концентричными, радиальный размах не должен превышать половину допуска по диаметру центрального вала, а допустимая погрешность торцевой поверхности направляющей лопатки, не перпендикулярной оси, не должна превышать 0,15/1000. Профиль поверхности потока направляющей лопатки напрямую влияет на объем циркуляции воды, поступающей в рабочее колесо. Головная и хвостовая части направляющей лопатки обычно изготавливаются из нержавеющей стали для повышения кавитационной стойкости.
Втулка направляющей лопатки и устройство управления тягой направляющей лопатки
Втулка направляющей лопатки — это компонент, фиксирующий диаметр центрального вала на направляющей лопатке, и её конструкция зависит от материала, уплотнения и высоты верхней крышки. Чаще всего она имеет форму цельного цилиндра, а в крупных агрегатах — сегментированную, что позволяет очень точно регулировать зазор.
Устройство для создания упора направляющей лопатки предотвращает её подъём вверх под действием давления воды. Когда вес направляющей лопатки превышает её собственный вес, она поднимается вверх, сталкивается с верхней крышкой и воздействует на шатун. Упорная пластина обычно изготавливается из алюминиевой бронзы.
Уплотнение направляющей лопатки
Направляющая лопатка выполняет три функции уплотнения: снижение потерь энергии, уменьшение утечки воздуха во время фазовой модуляции и снижение кавитации. Уплотнения направляющей лопатки делятся на верхние и торцевые.
В средней и нижней частях вала направляющей лопатки имеются уплотнения. При герметизации вала создается герметичное соединение, обеспечивающее давление воды между уплотнительным кольцом и валом направляющей лопатки. Поэтому во втулке имеются дренажные отверстия. Герметизация нижней части вала в основном предотвращает попадание осадка и износ вала.
Существует множество типов механизмов передачи направляющих лопаток, и два из них наиболее распространены. Первый — это вилочный тип, который обеспечивает хорошую прочность и подходит для крупных и средних установок. Второй — это тип с ушной рукояткой, который отличается простой конструкцией и больше подходит для малых и средних установок.
Механизм передачи с ушной рукояткой в основном состоит из направляющей лопатки, соединительной пластины, разрезного шпоночного ключа, стопорного штифта, втулки вала, торцевой крышки, ушной рукоятки, вращающейся втулки, шатуна и т. д. Усилие невелико, но конструкция проста, поэтому он больше подходит для малых и средних предприятий.
Вилочный приводной механизм
Механизм передачи с вилочной головкой в основном состоит из направляющей лопатки, соединительной пластины, вилочной головки, штифта вилочной головки, соединительного винта, гайки, полушпонки, срезного штифта, втулки вала, торцевой крышки и компенсационного кольца и т. д.
Рычаг направляющей лопатки и сама направляющая лопатка соединены разрезным шпоночным соединением для непосредственной передачи рабочего крутящего момента. На рычаге направляющей лопатки установлена торцевая крышка, на которой направляющая лопатка подвешена с помощью регулировочного винта. Благодаря использованию разрезного шпоночного соединения направляющая лопатка перемещается вверх и вниз при регулировке зазора между верхней и нижней торцевыми поверхностями корпуса направляющей лопатки, при этом положение других передающих частей не изменяется.
В механизме передачи вилочного привода направляющая лопатка и соединительная пластина снабжены предохранительными штифтами. Если направляющие лопатки застрянут из-за посторонних предметов, усилие, прилагаемое к соответствующим деталям привода, резко возрастет. При увеличении напряжения в 1,5 раза штифты будут перерезаны первыми. Это предотвратит повреждение других деталей привода.
Кроме того, в месте соединения соединительной пластины или регулировочного кольца с головкой вилки, для обеспечения горизонтального положения соединительного винта, можно установить компенсационное кольцо для регулировки. Резьба на обоих концах соединительного винта имеет левую и правую резьбу соответственно, что позволяет регулировать длину шатуна и раскрытие направляющей лопатки во время установки.
Вращающаяся часть
Вращающаяся часть в основном состоит из рабочего колеса, главного вала, подшипника и уплотнительного устройства. Рабочее колесо собирается и сваривается с верхним венцом, нижним кольцом и лопатками. Большинство главных валов турбин изготавливаются методом литья. Существует множество типов направляющих подшипников. В зависимости от условий эксплуатации электростанции используются различные типы подшипников, такие как подшипники с водяной смазкой, подшипники с масляной смазкой и подшипники с сухой смазкой. Как правило, на электростанциях чаще всего используются цилиндрические или блочные подшипники с масляной смазкой.
Фрэнсис Раннер
Полозья Фрэнсиса состоят из верхней части, лопаток и нижнего кольца. Верхняя часть обычно снабжена противопротечным кольцом для уменьшения потерь воды и предохранительным устройством для снижения осевого давления воды. Нижнее кольцо также снабжено противопротечным устройством.
Лопасти осевого полозья
Лопасть осевого рабочего колеса (основной компонент для преобразования энергии) состоит из двух частей: корпуса и шарнира. Они отливаются отдельно и соединяются с механическими деталями, такими как винты и штифты, после обработки. (Как правило, диаметр рабочего колеса составляет более 5 метров). Обычно используются сплавы ZG30 и ZG20MnSi. Количество лопастей рабочего колеса обычно составляет 4, 5, 6 и 8.
Тело бегуна
Корпус лопастей оснащен всеми лопастями и механизмом управления; верхняя часть соединена с главным валом, а нижняя — с дренажным конусом, имеющим сложную форму. Обычно корпус лопастей изготавливается из сплавов ZG30 и ZG20MnSi. Форма, как правило, сферическая для уменьшения потерь объема. Конкретная конструкция корпуса лопастей зависит от расположения реле и формы механизма управления. В соединении с главным валом осевая нагрузка воспринимается только соединительным винтом, а крутящий момент воспринимается цилиндрическими штифтами, расположенными вдоль радиального направления соединительной поверхности.
Рабочий механизм
Прямая навеска с рабочей рамой:
1. Когда угол наклона лопасти находится в среднем положении, рычаг расположен горизонтально, а шатун — вертикально.
2. Вращающийся рычаг и лезвие передают крутящий момент с помощью цилиндрических штифтов, а радиальное положение фиксируется стопорным кольцом.
3. Шатун разделён на внутренний и внешний шатуны, и усилие распределяется равномерно.
4. На раме управления имеется ручка, удобная для регулировки во время сборки. Сопрягаемая торцевая поверхность ручки и рамы управления ограничена стопорным штифтом, предотвращающим застревание соединительного стержня при фиксации ручки.
5. Рабочая рама имеет I-образную форму. Большинство таких устройств используются в малых и средних агрегатах с 4-6 лопастями.
Пряморычажный механизм без рабочей рамы: 1. Рабочая рама отсутствует, и шатун и вращающийся рычаг приводятся в движение непосредственно поршнем реле. В крупных агрегатах.
Механизм с наклонными рычагами и рабочей рамой: 1. Когда угол поворота лопастей находится в среднем положении, поворотный рычаг и шатун имеют большой угол наклона. 2. Ход рычага увеличивается, и в рабочем колесе используется больше лопастей.
Комната для бега
Рабочая камера представляет собой цельносварную стальную конструкцию, а подверженные кавитации детали в средней части изготовлены из нержавеющей стали для повышения кавитационной стойкости. Рабочая камера обладает достаточной жесткостью, чтобы обеспечить равномерный зазор между лопатками рабочего колеса и рабочей камерой во время работы агрегата. На нашем заводе разработан полный технологический процесс изготовления: А. Обработка на вертикальном токарном станке с ЧПУ. Б. Обработка методом профилирования. Прямоконусная секция отводящей трубы облицовывается стальными пластинами, формуется на заводе и собирается на месте.
Дата публикации: 26 сентября 2022 г.
