Водяна турбіна — це машина, яка перетворює потенційну енергію води на механічну енергію. Використовуючи цю машину для приводу генератора, енергію води можна перетворити на
Електрика. Це гідрогенераторна установка.
Сучасні гідравлічні турбіни можна розділити на дві категорії за принципом потоку води та конструктивними характеристиками.
Інший тип турбіни, яка використовує як кінетичну, так і потенційну енергію води, називається ударною турбіною.
Контратака
Вода, що відбирається з резервуара вище за течією, спочатку надходить до камери відведення води (спіральної камери), а потім через напрямний апарат потрапляє у вигнутий канал робочої лопаті.
Потік води створює силу реакції на лопатях, що змушує робоче колесо обертатися. При цьому енергія води перетворюється на механічну енергію, і вода, що витікає з робочого колеса, виводиться через відвідну трубу.
Нижче за течією.
Ударна турбіна в основному включає потік Френсіса, косий потік та осьовий потік. Основна відмінність полягає в іншій конструкції робочого колеса.
(1) Бігунок Френсіса зазвичай складається з 12-20 обтічних кручених лопатей та основних компонентів, таких як вінець колеса та нижнє кільце.
Цей тип турбіни, що має вхідний та осьовий відтік, має широкий діапазон застосовних напорів, малий об'єм та низьку вартість, і широко використовується при високих напорах води.
Осьовий потік поділяється на пропелерний та роторний. Перший має нерухому лопать, а другий - обертову. Осьовий робочий диск зазвичай складається з 3-8 лопатей, корпусу робочого диска, зливного конуса та інших основних компонентів. Водопропускна здатність цього типу турбіни більша, ніж у турбіни Френсіса. Для лопатевого турбіни це означає, що оскільки лопать може змінювати своє положення залежно від навантаження, вона має високий ККД у діапазоні великих змін навантаження. Антикавітаційні характеристики та міцність турбіни гірші, ніж у турбіни зі змішаним потоком, а конструкція також складніша. Як правило, вона підходить для діапазону низького та середнього водяного напору 10.
(2) Функція водовідвідної камери полягає в тому, щоб забезпечити рівномірний потік води у водонаправляючий механізм, зменшити втрати енергії водонаправляючого механізму та покращити роботу водяного колеса.
ККД машини. Для великих і середніх турбін з водяним напором зверху часто використовується металева спіральна камера круглого перерізу.
(3) Механізм напрямлення води, як правило, рівномірно розташований навколо бігунка, з певною кількістю обтічних напрямних лопаток та їх обертовими механізмами тощо.
Функція композиції полягає в рівномірному спрямовуванні потоку води в робоче колесо та, регулюючи відкриття напрямного апарату, змінювати перелив турбіни відповідно до потреб.
Вимоги регулювання та зміни навантаження генератора також можуть відігравати роль герметизуючої води, коли всі вони закриті.
(4) Витяжна труба: Оскільки частина енергії, що залишилася у водному потоці на виході з жолоба, не використовується, функція витяжної труби полягає у рекуперації
Частина енергії та відводить воду нижче за течією. Малі турбіни зазвичай використовують прямоконусні відсмоктувальні труби, які мають високий ККД, але великі та середні турбіни...
Водопровідні труби не можна копати дуже глибоко, тому використовуються витяжні труби з колінним згином.
Крім того, в ударній турбіні є трубчасті турбіни, турбіни з косим потоком, реверсивні насосні турбіни тощо.
Ударна турбіна:
Цей тип турбіни використовує ударну силу високошвидкісного потоку води для обертання турбіни, а найпоширенішим є ковшеподібний тип.
Ковшові турбіни зазвичай використовуються у вищезгаданих високонапірних гідроелектростанціях. Їхні робочі частини включають переважно акведуки, форсунки та розпилювачі.
Голка, водяне колесо та спіральна турбіна тощо оснащені багатьма твердими ложкоподібними водяними відрами на зовнішньому краю водяного колеса. ККД цієї турбіни змінюється залежно від навантаження.
Зміна невелика, але пропускна здатність води обмежена соплом, яке набагато менше, ніж радіально-осьовий потік. Щоб покращити пропускну здатність води, збільште продуктивність та
Для підвищення ефективності, велику водяну турбіну було змінено з горизонтальної осі на вертикальну, а також розроблено з одного сопла на багато сопел.
3. Вступ до структури реактивної турбіни
Закопана частина, включаючи спіральну трубу, кільце сідла, відсмоктувальну трубу тощо, закопана в бетонному фундаменті. Вона є частиною водовідвідної та переливної частин установки.
Спіральна
Спіральна камера поділяється на бетонну та металеву. У агрегатах з водяним напором до 40 метрів здебільшого використовується бетонна спіральна камера. Для турбін з водяним напором понад 40 метрів зазвичай використовуються металеві спіральні камери через необхідність міцності. Металева спіральна камера має такі переваги, як висока міцність, зручність обробки, простота будівництва та легке з'єднання з водовідвідним трубопроводом електростанції.
Існує два типи металевих волют: зварні та литі.
Для великих та середніх ударних турбін з водяним напором близько 40-200 метрів здебільшого використовуються зварні сталеві спіралі. Для зручності зварювання спіраль часто поділяють на кілька конічних секцій, кожна секція має круглу форму, а хвостова частина спіралі завдяки цьому перерізу зменшується, і вона набуває овальної форми для зварювання з кільцем сідла. Кожен конічний сегмент прокатується на листопрокатному верстаті.
У малих турбінах Френсіса часто використовуються чавунні спіральні труби, що відливаються як одне ціле. Для турбін з високим напором та великою потужністю зазвичай використовується лита сталева спіральна труба, причому спіральна труба та кільце сідла відливаються в одне ціле.
Найнижча частина спіральної труби оснащена зливним клапаном для зливу накопиченої води під час технічного обслуговування.
Кільце сидіння
Кільце сідла є основною частиною ударної турбіни. Окрім того, що воно несе тиск води, воно також несе вагу всього агрегату та бетонної секції агрегату, тому вимагає достатньої міцності та жорсткості. Основний механізм кільця сідла складається з верхнього кільця, нижнього кільця та нерухомого напрямного апарату. Нерухомий напрямний апарат є опорним кільцем сідла, стійкою, що передає осьове навантаження, та поверхнею потоку. Водночас він є основною опорною деталлю у складанні основних компонентів турбіни та однією з деталей, що встановлюються раніше. Тому він повинен мати достатню міцність та жорсткість, а також хороші гідравлічні характеристики.
Кільце сідла є одночасно несучою деталлю та проточною деталлю, тому проточна поверхня має обтічну форму, що забезпечує мінімальні гідравлічні втрати.
Кільце сідла зазвичай має три структурні форми: форму з одним стовпом, напівінтегральну форму та інтегральну форму. Для турбін Френсіса зазвичай використовується кільце сідла інтегральної конструкції.
Чорнова труба та фундаментне кільце
Відсмоктувальна труба є частиною проточного каналу турбіни, і існує два типи: пряма конічна та вигнута. Вигнута відсмоктувальна труба зазвичай використовується у великих та середніх турбінах. Фундаментне кільце є основною деталлю, яка з'єднує посадкове кільце турбіни Френсіса з вхідною секцією відсмоктувальної труби та вбудована в бетон. Нижнє кільце робочого колеса обертається всередині нього.
Структура водопровідної системи
Функція механізму водонаправлення водяної турбіни полягає у формуванні та зміні об'єму циркуляції потоку води, що надходить у робоче колесо. Для забезпечення рівномірного надходження води по колу з невеликими втратами енергії за різних швидкостей потоку використовується поворотне керування багатонапрямними лопатками з гарними характеристиками. Забезпечення хороших гідравлічних характеристик турбіни, регулювання потоку для зміни вихідної потужності агрегату, герметизація потоку води та зупинка обертання агрегату під час нормального та аварійного зупинення. Великі та середні механізми водонаправлення можна розділити на циліндричні, конічні (турбіни з цибулинним та косим потоком) та радіальні (турбіни з повним проникненням) відповідно до положення осі напрямних лопаток. Механізм водонаправлення в основному складається з напрямних лопаток, механізмів керування напрямними лопатками, кільцевих компонентів, втулок вала, ущільнень та інших компонентів.
Будова пристрою направляючого апарату.
Кільцеве обладнання водонаправляючого механізму включає нижнє кільце, верхню кришку, опорну кришку, керуюче кільце, кронштейн підшипника, кронштейн упорного підшипника тощо. Вони мають складні сили та високі виробничі вимоги.
Нижнє кільце
Нижнє кільце являє собою плоску кільцеву деталь, закріплену на кільці сідла, більшість з яких мають литу зварну конструкцію. Через обмеження умов транспортування у великих агрегатах його можна розділити на дві половини або на комбінацію з більшої кількості пелюсток. Для електростанцій зі зносом від осаду вживаються певні протизношувальні заходи на поверхні потоку. Наразі протизношувальні пластини встановлюються переважно на торцевих поверхнях, і більшість з них використовують нержавіючу сталь 0Cr13Ni5Mn. Якщо нижнє кільце та верхня та нижня торцеві поверхні напрямного апарату ущільнені гумою, на нижньому кільці має бути хвостова канавка або канавка для гумового ущільнення типу притискної пластини. Наш завод переважно використовує латунну ущільнювальну плиту. Отвір вала напрямного апарату на нижньому кільці повинен бути концентричним з верхньою кришкою. Верхня кришка та нижнє кільце часто використовуються для однакового розточування середніх та малих агрегатів. Великі агрегати зараз розточуються безпосередньо на розточувальному верстаті з ЧПК на нашому заводі.
Контур керування
Керуюче кільце являє собою кільцеву деталь, яка передає зусилля реле та обертає напрямний апарат через передавальний механізм.
Направляюча лопатка
Наразі напрямні лопаті часто мають дві стандартні форми ламелей: симетричну та асиметричну. Симетричні напрямні лопаті зазвичай використовуються в осьових турбінах з високою питомою швидкістю та неповним кутом охоплення спіралі; асиметричні напрямні лопаті зазвичай використовуються в спіральних турбінах з повним кутом охоплення та працюють з осьовим потоком з низькою питомою швидкістю та великим отвором. Турбіни та турбіни Френсіса з високою та середньою питомою швидкістю. (Циліндричні) напрямні лопаті зазвичай відливають цілком, а литі зварні конструкції також використовуються у великих агрегатах.
Напрямний апарат є важливою частиною механізму водонаправлення, яка відіграє ключову роль у формуванні та зміні об'єму циркуляції води, що надходить у робоче колесо. Напрямний апарат поділяється на дві частини: корпус напрямного апарату та діаметр вала напрямного апарату. Зазвичай використовується цільний ливарний матеріал, а у великогабаритних агрегатах також використовується ливарне зварювання. Матеріали зазвичай - ZG30 та ZG20MnSi. Для забезпечення гнучкого обертання напрямного апарату верхній, середній та нижній вали напрямного апарату повинні бути концентричними, радіальний розмах не повинен перевищувати половину допуску діаметра центрального вала, а допустима похибка торцевої поверхні напрямного апарату, яка не перпендикулярна до осі, не повинна перевищувати 0,15/1000. Профіль поверхні потоку напрямного апарату безпосередньо впливає на об'єм циркуляції води, що надходить у робоче колесо. Головка та хвостова частини напрямного апарату зазвичай виготовлені з нержавіючої сталі для покращення стійкості до кавітації.
Втулка направляючого апарату та пристрій тяги направляючого апарату
Втулка напрямного апарату – це компонент, який фіксує діаметр центрального вала на напрямному апараті, а її структура залежить від матеріалу, ущільнення та висоти верхньої кришки. Вона здебільшого має форму цільного циліндра, а у великих агрегатах – сегментовану, що має перевагу у вигляді дуже точного регулювання зазору.
Упорний пристрій напрямного апарату запобігає його плавучості вгору під дією тиску води. Коли напрямний апарат перевищує власну вагу напрямного апарату, він піднімається вгору, стикається з верхньою кришкою та впливає на силу, що діє на шатун. Упорна пластина зазвичай виготовлена з алюмінієвої бронзи.
Ущільнення направляючого апарату
Напрямний апарат має три функції ущільнення: одна — зменшення втрат енергії, інша — зменшення витоку повітря під час роботи фазової модуляції, а третя — зменшення кавітації. Ущільнення напрямного апарату поділяються на елеваційні та торцеві.
У середині та знизу діаметра вала напрямної лопатки є ущільнення. Коли діаметр вала ущільнений, тиск води між ущільнювальним кільцем та діаметром вала напрямної лопатки щільно закритий. Тому в муфті є дренажні отвори. Ущільнення нижнього діаметра вала призначене головним чином для запобігання потраплянню осаду та зносу діаметра вала.
Існує багато типів механізмів передачі напрямних лопаток, і є два найпоширеніші. Один з них - це тип з вилчастою головкою, який має хороший стан напруження та підходить для великих та середніх установок. Один - це тип з вушною ручкою, який характеризується переважно простою конструкцією та більше підходить для малих та середніх установок.
Механізм передачі вушної ручки в основному складається з важеля напрямної лопаті, з'єднувальної пластини, розрізної половинної шпонки, зрізного штифта, втулки вала, торцевої кришки, вушної ручки, шатуна поворотної втулки тощо. Зусилля не дуже хороше, але конструкція проста, тому вона більше підходить для малих та середніх агрегатів.
Механізм приводу вилки
Механізм передачі головки вилки в основному складається з важеля напрямної лопаті, з'єднувальної пластини, головки вилки, штифта головки вилки, з'єднувального гвинта, гайки, півшпонки, зрізного штифта, втулки вала, торцевої кришки та компенсаційного кільця тощо.
Важіль напрямного апарату та напрямний апарат з'єднані розрізною шпонкою для безпосередньої передачі робочого крутного моменту. На важіль напрямного апарату встановлена торцева кришка, а напрямний апарат підвішений на торцевій кришці за допомогою регулювального гвинта. Завдяки використанню розрізної шпонки напрямний апарат рухається вгору та вниз під час регулювання зазору між верхньою та нижньою торцевими поверхнями корпусу напрямного апарату, при цьому положення інших деталей передачі не змінюються.
У механізмі передачі з вилчастою головкою, важіль напрямної лопаті та з'єднувальна пластина оснащені зрізними штифтами. Якщо напрямні лопаті заклинять через сторонні предмети, робоче зусилля відповідних деталей передачі різко зросте. Коли навантаження зросте в 1,5 раза, зрізні штифти будуть зрізані першими. Захистіть інші деталі передачі від пошкоджень.
Крім того, на з'єднанні між сполучною пластиною або регулювальним кільцем та головкою вилки, щоб утримувати з'єднувальний гвинт у горизонтальному положенні, можна встановити компенсаційне кільце для регулювання. Різьба на обох кінцях з'єднувального гвинта є лівою та правою відповідно, що дозволяє регулювати довжину шатуна та отвір напрямної лопатки під час монтажу.
Обертова частина
Обертова частина в основному складається з робочого колеса, головного вала, підшипника та ущільнювального пристрою. Робоче колесо збирається та зварюється з верхнього вінця, нижнього кільця та лопатей. Більшість головних валів турбін є литими. Існує багато типів напрямних підшипників. Залежно від умов експлуатації електростанції, існує кілька типів підшипників, таких як водяне змащення, тонкомасляне змащення та сухе масляне змащення. Як правило, електростанції переважно використовують тонкомасляні циліндричні або блочні підшипники.
Френсіс Бігун
Ротор Френсіса складається з верхньої коронки, лопатей та нижнього кільця. Верхня коронка зазвичай оснащена кільцем проти протікання для зменшення втрат води через протікання та пристроєм для скидання тиску для зменшення осьового водяного опору. Нижнє кільце також оснащене пристроєм проти протікання.
Осьові бігуни
Лопатка осьового ролика (основний компонент для перетворення енергії) складається з двох частин: корпусу та шарніра. Вони відливаються окремо та з'єднуються з механічними деталями, такими як гвинти та штифти, після обробки. (Зазвичай діаметр ролика перевищує 5 метрів). Зазвичай виготовляється з сплаву ZG30 та ZG20MnSi. Кількість лопатей ролика зазвичай становить 4, 5, 6 та 8.
Тіло бігуна
Корпус ролика оснащений усіма лопатями та робочим механізмом, верхня частина з'єднана з головним валом, а нижня частина з'єднана зі зливним конусом, який має складну форму. Зазвичай корпус ролика виготовляється з ZG30 та ZG20MnSi. Форма переважно сферична для зменшення втрат об'єму. Конкретна структура корпусу ролика залежить від положення реле та форми робочого механізму. У з'єднанні з головним валом з'єднувальний гвинт сприймає лише осьову силу, а крутний момент сприймається циліндричними штифтами, розподіленими вздовж радіального напрямку поверхні з'єднання.
Механізм роботи
Пряма тяга з робочою рамою:
1. Коли кут лопаті знаходиться в середньому положенні, важіль розташований горизонтально, а шатун — вертикально.
2. Обертовий важіль і лезо використовують циліндричні штифти для передачі крутного моменту, а радіальне положення фіксується стопорним кільцем.
3. Шатун розділений на внутрішній та зовнішній шатуни, а сила розподіляється рівномірно.
4. На робочій рамі є вушна ручка, яку зручно регулювати під час складання. Збіг торцевої поверхні вушної ручки та робочої рами обмежений обмежувальним штифтом, щоб запобігти заклинюванню шатуна під час фіксації вушної ручки.
5. Робоча рама має форму літери «I». Більшість із них використовуються в малих та середніх установках з 4–6 лопатями.
Механізм прямої тяги без робочої рами: 1. Робоча рама скасовується, а шатун і обертовий важіль безпосередньо приводяться в рух поршнем реле. у великих агрегатах.
Механізм похилого з'єднання з робочою рамою: 1. Коли кут повороту лопаті знаходиться в середньому положенні, поворотний важіль і шатун мають великий кут нахилу. 2. Хід реле збільшується, а в бігунку з більшою кількістю лопатей.
Кімната для бігунів
Камера робочого колеса являє собою зварну конструкцію зі сталевого листа, а деталі, схильні до кавітації, посередині виготовлені з нержавіючої сталі для покращення стійкості до кавітації. Камера робочого колеса має достатню жорсткість, щоб відповідати вимогам рівномірного зазору між лопатями робочого колеса та камерою робочого колеса під час роботи установки. На нашому заводі розроблено комплексний метод обробки у виробничому процесі: A. Обробка на вертикальному токарному верстаті з ЧПК. B, обробка методом профілювання. Пряма конічна секція відсмоктувальної труби облицьована сталевими пластинами, сформованими на заводі та зібраними на місці.
Час публікації: 26 вересня 2022 р.
