Vodná turbína je stroj, ktorý premieňa potenciálnu energiu vody na mechanickú energiu. Použitím tohto stroja na pohon generátora je možné energiu vody premeniť na
Elektrina Toto je súprava hydrogenerátora.
Moderné hydraulické turbíny možno rozdeliť do dvoch kategórií podľa princípu prúdenia vody a štrukturálnych charakteristík.
Ďalší typ turbíny, ktorá využíva kinetickú aj potenciálnu energiu vody, sa nazýva impaktná turbína.
Protiútok
Voda odoberaná z hornej nádrže najprv prúdi do komory na odvádzanie vody (špirály) a potom prúdi do zakriveného kanála obežného kolesa cez vodiacu lopatku.
Prúd vody vytvára reakčnú silu na lopatkách, ktorá spôsobuje rotáciu obežného kolesa. V tomto okamihu sa energia vody premieňa na mechanickú energiu a voda vytekajúca z obežného kolesa je vypúšťaná cez saciu trubicu.
Po prúde.
Nárazová turbína zahŕňa hlavne Francisovo prúdenie, šikmé prúdenie a axiálne prúdenie. Hlavný rozdiel spočíva v odlišnej štruktúre obežného kolesa.
(1) Francisov bežec sa vo všeobecnosti skladá z 12 – 20 zjednodušených skrútených čepelí a hlavných komponentov, ako je koruna kolesa a spodný krúžok.
Tento typ turbíny s prítokom a axiálnym odtokom má široký rozsah použiteľných vodných spádov, malý objem a nízke náklady a je široko používaný pri vysokých vodných spádoch.
Axiálne prúdenie sa delí na vrtuľový typ a rotačný typ. Prvý má pevnú lopatku, zatiaľ čo druhý má rotujúcu lopatku. Axiálne obežné koleso sa zvyčajne skladá z 3 až 8 lopatiek, telesa obežného kolesa, odvodňovacieho kužeľa a ďalších hlavných komponentov. Kapacita prietoku vody tohto typu turbíny je väčšia ako pri Francisovom prúdení. V prípade lopatkovej turbíny platí, že pretože lopatka môže meniť svoju polohu so zaťažením, má vysokú účinnosť v rozsahu veľkých zmien zaťaženia. Antikavitačný výkon a pevnosť turbíny sú horšie ako u turbíny so zmiešaným prúdením a konštrukcia je tiež zložitejšia. Vo všeobecnosti je vhodná pre rozsah nízkeho a stredného spádu vody 10.
(2) Funkciou komory na odvádzanie vody je zabezpečiť rovnomerný tok vody do mechanizmu na vedenie vody, znížiť straty energie mechanizmu na vedenie vody a zlepšiť vodné koleso.
účinnosť stroja. Pre veľké a stredne veľké turbíny s vodnou hladinou nad nimi sa často používa kovová špirála s kruhovým prierezom.
(3) Mechanizmus vedenia vody je vo všeobecnosti rovnomerne usporiadaný okolo bežca s určitým počtom aerodynamických vodiacich lopatiek a ich rotačných mechanizmov atď.
Funkciou kompozície je rovnomerne viesť prúd vody do obežného kolesa a nastavením otvorenia rozvádzacej lopatky meniť prietok turbíny tak, aby vyhovoval
Požiadavky na nastavenie a zmenu zaťaženia generátora môžu tiež zohrávať úlohu tesniacej vody, keď sú všetky zatvorené.
(4) Sacie potrubie: Keďže časť zostávajúcej energie v prúde vody na výstupe z žľabu sa nevyužíva, funkciou sacieho potrubia je spätne získať späť
Časť energie a odvádza vodu po prúde. Malé turbíny zvyčajne používajú sacie rúry s priamym kužeľom, ktoré majú vysokú účinnosť, ale veľké a stredné turbíny sú
Vodovodné potrubia sa nedajú vykopať veľmi hlboko, preto sa používajú ohybné potrubia na odťah.
Okrem toho sa v nárazovej turbíne nachádzajú rúrkové turbíny, turbíny so šikmým prúdením, reverzibilné čerpacie turbíny atď.
Rázová turbína:
Tento typ turbíny využíva nárazovú silu vysokorýchlostného prúdenia vody na otáčanie turbíny a najbežnejší je vedrový typ.
Korečkové turbíny sa vo všeobecnosti používajú vo vyššie uvedených vodných elektrárňach s vysokým spádom. Ich pracovné časti zahŕňajú najmä akvadukty, trysky a rozprašovače.
Ihla, vodné koleso a špirála atď. sú na vonkajšom okraji vodného kolesa vybavené mnohými pevnými lyžicovitými vodnými vedrámi. Účinnosť tejto turbíny sa mení v závislosti od zaťaženia.
Zmena je malá, ale prietok vody je obmedzený tryskou, ktorá je oveľa menšia ako radiálny axiálny tok. Na zlepšenie prietoku vody je potrebné zvýšiť výkon a
Pre zlepšenie účinnosti bola rozsiahla vodná turbína zmenená z horizontálnej osi na vertikálnu a vyvinutá z jednej trysky na viacero trysiek.
3. Úvod do štruktúry reakčnej turbíny
Zakopaná časť vrátane špirály, sedlového krúžku, sacej rúry atď. je zakopaná v betónovom základe. Je súčasťou odvádzacích a prepadových častí jednotky.
Spirála
Špirála sa delí na betónovú a kovovú. Jednotky s vodným spádom do 40 metrov väčšinou používajú betónovú špirálu. Pre turbíny s vodným spádom väčším ako 40 metrov sa zvyčajne používajú kovové špirály kvôli potrebe pevnosti. Kovová špirála má výhody vysokej pevnosti, pohodlného spracovania, jednoduchej stavebnej konštrukcie a jednoduchého pripojenia k rozdeľovaciemu potrubiu elektrárne.
Existujú dva typy kovových volút, zvárané a liate.
Pre veľké a stredne veľké impaktné turbíny s vodným spádom približne 40 – 200 metrov sa väčšinou používajú oceľové plechové zvárané špirály. Pre pohodlie zvárania je špirála často rozdelená na niekoľko kužeľových častí, pričom každá časť je kruhová a chvostová časť špirály sa vďaka tomu zmenší a zmení na oválny tvar na zváranie so sedlovým krúžkom. Každý kužeľový segment sa valcuje na valcovacom stroji.
V malých Francisových turbínach sa často používajú liatinové špirály, ktoré sú odlievané ako celok. Pre turbíny s vysokým tlakom a veľkou kapacitou sa zvyčajne používa liata oceľová špirála a špirála a sedlový krúžok sú odlievané do jedného celku.
Najnižšia časť špirály je vybavená vypúšťacím ventilom na odtok nahromadenej vody počas údržby.
Sedlový krúžok
Sedlový krúžok je základnou časťou nárazovej turbíny. Okrem toho, že nesie tlak vody, nesie aj hmotnosť celej jednotky a betónovej časti jednotky, preto vyžaduje dostatočnú pevnosť a tuhosť. Základný mechanizmus sedlového krúžku pozostáva z horného krúžku, spodného krúžku a pevnej vodiacej lopatky. Pevná vodiaca lopatka je oporný sedlový krúžok, vzpera, ktorá prenáša axiálne zaťaženie, a prietoková plocha. Zároveň je hlavnou referenčnou časťou pri montáži hlavných komponentov turbíny a je jednou z najstaršie inštalovaných častí. Preto musí mať dostatočnú pevnosť a tuhosť a zároveň by mala mať dobrý hydraulický výkon.
Sedlový krúžok je nosnou aj prietokovou časťou, takže prietoková plocha má aerodynamický tvar, ktorý zabezpečuje minimálne hydraulické straty.
Sedlový krúžok má vo všeobecnosti tri konštrukčné formy: tvar s jedným stĺpikom, polointegrálny tvar a integrálny tvar. Pre Francisove turbíny sa zvyčajne používa integrálna konštrukcia sedlového krúžku.
Ťahové potrubie a základový krúžok
Sacia trubica je súčasťou prietokového kanála turbíny a existujú dva druhy: priama, kužeľová a zakrivená. Zakrivená sacia trubica sa všeobecne používa vo veľkých a stredných turbínach. Základový krúžok je základná časť, ktorá spája sedlový krúžok Francisovej turbíny so vstupnou časťou sacej trubice a je zapustená do betónu. V ňom sa otáča spodný krúžok obežného kolesa.
Štruktúra vodného vedenia
Funkciou mechanizmu vedenia vody vo vodnej turbíne je vytvárať a meniť cirkulačný objem prúdu vody vstupujúceho do obežného kolesa. Používa sa rotačné riadenie viacerých vodiacich lopatiek s dobrým výkonom, ktoré zabezpečuje rovnomerný prúd vody vstupujúci po obvode s malou stratou energie pri rôznych prietokoch. Zabezpečuje dobré hydraulické vlastnosti turbíny, upravuje prietok tak, aby sa zmenil výkon jednotky, utesňuje prietok vody a zastavuje sa rotácia jednotky počas normálneho a havarijného vypnutia. Veľké a stredné mechanizmy vedenia vody možno podľa polohy osi vodiacich lopatiek rozdeliť na valcové, kužeľové (turbíny s guľôčkovým a šikmým prúdením) a radiálne (turbíny s plným prietokom). Mechanizmus vedenia vody sa skladá hlavne z vodiacich lopatiek, ovládacích mechanizmov vodiacich lopatiek, prstencových komponentov, hriadeľových puzdier, tesnení a ďalších komponentov.
Štruktúra zariadenia s vodiacou lopatkou.
Prstencové komponenty mechanizmu na vedenie vody zahŕňajú spodný krúžok, horný kryt, nosný kryt, ovládací krúžok, konzolu ložiska, konzolu axiálneho ložiska atď. Majú zložité sily a vysoké výrobné požiadavky.
Spodný krúžok
Spodný krúžok je plochá prstencová časť pripevnená k sedlovému krúžku, z ktorých väčšina je zváraná. Vzhľadom na obmedzenia prepravných podmienok vo veľkých jednotkách môže byť rozdelený na dve polovice alebo kombináciu viacerých lupienkov. Pri elektrárňach s opotrebovaním sedimentmi sa na povrchu prúdenia prijímajú určité opatrenia proti opotrebeniu. V súčasnosti sa protiopotrebovacie dosky inštalujú hlavne na čelné plochy a väčšina z nich používa nehrdzavejúcu oceľ 0Cr13Ni5Mn. Ak sú spodný krúžok a horná a dolná čelná plocha vodiacej lopatky utesnené gumou, na spodnom krúžku musí byť chvostová drážka alebo gumová tesniaca drážka typu prítlačnej dosky. Naša továreň používa hlavne mosadzné tesniace dosky. Otvor hriadeľa vodiacej lopatky na spodnom krúžku by mal byť sústredný s horným krytom. Horný kryt a spodný krúžok sa často používajú na rovnaké vŕtanie stredných a malých jednotiek. Veľké jednotky sa teraz v našej továrni priamo vŕtajú na CNC vyvrtávačke.
Riadiaca slučka
Ovládací krúžok je prstencová časť, ktorá prenáša silu relé a otáča vodiacu lopatku prostredníctvom prevodového mechanizmu.
Vodiaca lopatka
V súčasnosti majú rozvádzacie lopatky často dva štandardné tvary listov, symetrické a asymetrické. Symetrické rozvádzacie lopatky sa vo všeobecnosti používajú vo vysokorýchlostných axiálnych turbínach s neúplným uhlom opásania špirály; asymetrické rozvádzacie lopatky sa vo všeobecnosti používajú vo špirálach s plným uhlom opásania a pracujú s axiálnym prúdením s nízkou mernou rýchlosťou a veľkým otvorom. Turbíny a Francisove turbíny s vysokou a strednou mernou rýchlosťou. (Valcové) rozvádzacie lopatky sa vo všeobecnosti odlievajú v celku a vo veľkých jednotkách sa používajú aj odlievané zvárané konštrukcie.
Vodiaca lopatka je dôležitou súčasťou mechanizmu vedenia vody, ktorá zohráva kľúčovú úlohu pri formovaní a zmene objemu cirkulácie vody vstupujúcej do obežného kolesa. Vodiaca lopatka je rozdelená na dve časti: teleso vodiacej lopatky a priemer hriadeľa vodiacej lopatky. Vo všeobecnosti sa používa celý odliatok a vo veľkých jednotkách sa používa aj zváranie odliatkov. Materiály sú vo všeobecnosti ZG30 a ZG20MnSi. Aby sa zabezpečila flexibilná rotácia vodiacej lopatky, horný, stredný a dolný hriadeľ vodiacej lopatky by mali byť sústredné, radiálny výkyv by nemal byť väčší ako polovica tolerancie priemeru stredového hriadeľa a povolená chyba čelnej plochy vodiacej lopatky, ktorá nie je kolmá na os, by nemala presiahnuť 0,15/1000. Profil prietokovej plochy vodiacej lopatky priamo ovplyvňuje objem cirkulácie vody vstupujúcej do obežného kolesa. Hlava a chvost vodiacej lopatky sú vo všeobecnosti vyrobené z nehrdzavejúcej ocele, aby sa zlepšila odolnosť voči kavitácii.
Puzdro vodiacej lopatky a prítlačné zariadenie vodiacej lopatky
Puzdro vodiacej lopatky je komponent, ktorý fixuje priemer centrálneho hriadeľa na vodiacej lopatke a jeho konštrukcia súvisí s materiálom, tesnením a výškou horného krytu. Väčšinou má tvar integrálneho valca a vo veľkých jednotkách je väčšinou segmentované, čo má výhodu v tom, že sa medzera veľmi dobre nastavuje.
Prítlačné zariadenie vodiacej lopatky zabraňuje vztlaku vodiacej lopatky smerom nahor pod tlakom vody. Keď vodiaca lopatka prekročí svoju vlastnú hmotnosť, vodiaca lopatka sa zdvihne nahor, narazí do horného krytu a pôsobí silou na ojnicu. Prítlačná doska je zvyčajne vyrobená z hliníkového bronzu.
Tesnenie vodiacej lopatky
Vodiaca lopatka má tri tesniace funkcie, jednou je zníženie energetických strát, druhou je zníženie úniku vzduchu počas fázovej modulácie a treťou je zníženie kavitácie. Tesnenia vodiacich lopatiek sa delia na elevačné a koncové tesnenia.
V strede a na spodnej strane priemeru hriadeľa vodiacej lopatky sú tesnenia. Keď je priemer hriadeľa utesnený, tlak vody medzi tesniacim krúžkom a priemerom hriadeľa vodiacej lopatky je pevne utesnený. Preto sú v objímke drenážne otvory. Tesnenie spodného priemeru hriadeľa slúži hlavne na zabránenie vniknutia sedimentov a opotrebovaniu priemeru hriadeľa.
Existuje mnoho typov mechanizmov prevodu vodiacich lopatiek a bežne sa používajú dva. Jeden je typ s vidlicovou hlavou, ktorý má dobrý stav namáhania a je vhodný pre veľké a stredné jednotky. Druhý je typ s ušnou rukoväťou, ktorý sa vyznačuje hlavne jednoduchou konštrukciou a je vhodnejší pre malé a stredné jednotky.
Prevodový mechanizmus s ušnou rukoväťou sa skladá hlavne z ramena vodiacej lopatky, spojovacej dosky, deleného polovičného kľúča, strižného čapu, puzdra hriadeľa, koncového krytu, ušnej rukoväte, čapu ojnice rotačného puzdra atď. Sila nie je dobrá, ale konštrukcia je jednoduchá, takže je vhodnejšia pre malé a stredné jednotky.
Mechanizmus pohonu vidlice
Prevodový mechanizmus vidlicovej hlavy sa skladá hlavne z ramena vodiacej lopatky, spojovacej dosky, vidlicovej hlavy, čapu vidlicovej hlavy, spojovacej skrutky, matice, polovičného kľúča, strižného čapu, puzdra hriadeľa, koncového krytu a kompenzačného krúžku atď.
Rameno vodiacej lopatky a vodiaca lopatka sú spojené deleným perom, aby sa priamo prenášal prevádzkový krútiaci moment. Na rameno vodiacej lopatky je namontovaný koncový kryt a vodiaca lopatka je zavesená na koncovom kryte pomocou nastavovacej skrutky. Vďaka použitiu deleného pera sa vodiaca lopatka pri nastavovaní medzery medzi hornou a dolnou čelnou plochou telesa vodiacej lopatky pohybuje hore a dole, pričom polohy ostatných prevodových častí nie sú ovplyvnené.
V prevodovom mechanizme s vidlicovou hlavou sú rameno vodiacej lopatky a spojovacia doska vybavené strižnými kolíkmi. Ak sa vodiace lopatky zaseknú v dôsledku cudzích predmetov, prevádzková sila príslušných častí prevodu sa prudko zvýši. Keď sa namáhanie zvýši na 1,5-násobok, strižné kolíky sa prerežú ako prvé. Chráňte ostatné časti prevodu pred poškodením.
Okrem toho je možné na spoji medzi spojovacou doskou alebo ovládacím krúžkom a hlavou vidlice namontovať kompenzačný krúžok na nastavenie, aby sa spojovacia skrutka udržala v horizontálnej polohe. Závity na oboch koncoch spojovacej skrutky sú ľavostranné a pravostranné, takže počas montáže je možné nastaviť dĺžku ojnice a otvor vodiacej lopatky.
Rotujúca časť
Rotačná časť sa skladá hlavne z obežného kolesa, hlavného hriadeľa, ložiska a tesniaceho zariadenia. Obežné koleso je zostavené a zvarené hornou korunou, spodným krúžkom a lopatkami. Väčšina hlavných hriadeľov turbín je odliata. Existuje mnoho typov vodiacich ložísk. V závislosti od prevádzkových podmienok elektrárne existuje niekoľko typov ložísk, ako napríklad mazanie vodou, mazanie tenkým olejom a mazanie suchým olejom. Elektrárne vo všeobecnosti používajú väčšinou ložiská s tenkým olejom, valcové ložiská alebo blokové ložiská.
František bežec
Francisov obežník sa skladá z hornej koruny, lopatiek a spodného krúžku. Horná koruna je zvyčajne vybavená krúžkom proti úniku vody na zníženie strát únikom vody a zariadením na poistné uvoľnenie tlaku na zníženie axiálneho tlaku vody. Spodný krúžok je tiež vybavený zariadením proti úniku.
Axiálne bežecké lopatky
Lopatka axiálneho obežného kolesa (hlavná súčasť premeny energie) sa skladá z dvoch častí: telesa a čapu. Odlieva sa samostatne a po spracovaní sa kombinuje s mechanickými časťami, ako sú skrutky a čapy. (Priemer obežného kolesa je zvyčajne viac ako 5 metrov.) Vyrába sa zvyčajne z ocele ZG30 a ZG20MnSi. Počet lopatiek obežného kolesa je zvyčajne 4, 5, 6 a 8.
Telo bežca
Teleso obežného kolesa je vybavené všetkými lopatkami a ovládacím mechanizmom, horná časť je spojená s hlavným hriadeľom a spodná časť je spojená s odtokovým kužeľom, ktorý má zložitý tvar. Teleso obežného kolesa je zvyčajne vyrobené zo ZG30 a ZG20MnSi. Tvar je prevažne guľovitý, aby sa znížila strata objemu. Konkrétna štruktúra telesa obežného kolesa závisí od polohy usporiadania relé a tvaru ovládacieho mechanizmu. V spojení s hlavným hriadeľom spojovacia skrutka prenáša iba axiálnu silu a krútiaci moment prenášajú valcové čapy rozmiestnené pozdĺž radiálneho smeru spojovacej plochy.
Ovládací mechanizmus
Priamy záves s ovládacím rámom:
1. Keď je uhol čepele v strednej polohe, rameno je vodorovné a ojnica je zvislá.
2. Rotačné rameno a čepeľ používajú valcové čapy na prenos krútiaceho momentu a radiálna poloha je umiestnená pomocou poistného krúžku.
3. Ojnica je rozdelená na vnútornú a vonkajšiu ojnicu a sila je rovnomerne rozložená.
4. Na ovládacom ráme sa nachádza ušná rukoväť, ktorá sa dá pohodlne nastaviť počas montáže. Zodpovedajúca čelná plocha ušnej rukoväte a ovládacieho rámu je obmedzená obmedzovacím kolíkom, aby sa zabránilo zaseknutiu ojnice pri upevnení ušnej rukoväte.
5. Ovládací rám má tvar „I“. Väčšina z nich sa používa v malých a stredných jednotkách so 4 až 6 lopatkami.
Mechanizmus s priamym spojením bez ovládacieho rámu: 1. Ovládací rám je zrušený a ojnica a otočné rameno sú priamo poháňané reléovým piestom. vo veľkých jednotkách.
Šikmý mechanizmus spojenia s ovládacím rámom: 1. Keď je uhol natočenia lopatiek v strednej polohe, otočné rameno a ojnica majú veľký uhol sklonu. 2. Zdvih relé sa zväčší a v bežci s väčším počtom lopatiek.
Izba pre bežcov
Obežná komora je zváraná z oceľového plechu a časti náchylné na kavitáciu v strede sú vyrobené z nehrdzavejúcej ocele, aby sa zlepšila odolnosť voči kavitácii. Obežná komora má dostatočnú tuhosť, aby spĺňala požiadavku na rovnomernú vôľu medzi lopatkami obežného kolesa a obežnou komorou počas prevádzky jednotky. Naša továreň vyvinula kompletnú metódu spracovania vo výrobnom procese: A. Obrábanie na vertikálnom CNC sústruhu. B, obrábanie metódou profilovania. Rovná kužeľová časť sacej rúry je obložená oceľovými plechmi, tvarovanými v továrni a montovanými na mieste.
Čas uverejnenia: 26. septembra 2022
