تجهیزات مکانیکی نیروگاه های آبی

[ad_1]

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: توربیـن یک سیستم مکـانیکی است که انرژی پتانسیل آب را به انـــرژی مکــانیکی تبدیـــل می‌کند. مقــــدار انـــرژی تولیـــد شـــده به پارامترهایی از قبیل: هـــد، دبی و مقدار تلفات نشتی بستگی دارد.

توربینهای آبی، معمولا” به ۳ دسته کلی پلتون، فرانسیس و کاپلان تقسیم می‌گردند که در هر نیروگاه متناسب با هد و دبی آب، توربین متناسب با آن، انتخاب می‌گردد.

 

در بسیاری از نیروگاههای بزرگ و متوسط ایران از توربین نوع فرانسیس عمودی استفاده شده است.
بطور مثال، توربین‎های نیروگاه کارون یک، دز، کارون ۳ و کرخه، از نوع فرانسـیس، عکس‎العملی و با محـور عمـودی می‎باشند کـه کاملاً در آب غوطه‎ور هستند.

 

آب باعث ایجاد کوپل چرخشی در توربـین می‎شود. هر توربـین شامل اجـــزاء زیر است: محفظه حلزونی (Spiral Case)، حلقه ثابت (Stay ring)، پره‎های تنظیم‎کننده جریان آب (Wicket gate)، رانـــر (Runner) و درافت تیوب (Draft tube).

 

آب وارد محفظــه حلزونی شــــده و پس از عبور از پره‎های ثــابت و پره‎هـــــای ویکت گیت، با برخورد به رانـــــر، آن را به چرخش درآورده و سپس از طــریق درافــت تیوب و تونـــل پایـــاب (Tail race) خارج می‎شـــود. بمنظـــور جدا کردن درافت تیـــوب از آب پایـــاب، در مواقــــع لازم (برای تخلــــیه آب درافت تیوب)، در بعضی از طرحها، از استاپ لاگ (دریچه) (Stop-Log) در انتهای درفت تیوپ استفاده می‌شود.

 

دبی آب توربین توسط باز و بستــه شدن پره‎های ویکت گیت‎ کنترل می‎شود. گاورنــــر (Governor) از این طـــریق (با تغییر باز شدگی دریچه‌های ویکت گیت)، قــــدرت خروجی و ســـرعت توربیـن را کنترل می‎کنـــد. در بالا دست محفظه حلزونی، شیرپروانه‎ای (Butterfly Valve) قـــرار دارد کــــه در مــواقع عادی و اضطـراری برای توقـف جــریان آب از آن اســتفاده می‎گــردد. باید توجه کرد که شیرپروانه‌ای برای کنترل دبی آب استفاده نمی‌شود و همواره یا کاملا” باز است و یا کاملا” بسته.

بطور مثال نیروگاه کارون یــک، دارای چــــهار واحـــد با محـــور عمــودی است. هــــر دو توربیـــن دارای یــک ورودی و پنســتاک هستــند که هر پنستاک به دو قســــمت تقســیم شـده و هر قســمت آن به یک محفظـــه حلــــــزونی متصل شـــده است. با هــد خالص ۱۶۰. ۴ m. و دبـــی ۱۷۱ m۳ /sce، قــــــــدرت واحد، حدود ۲۵۴ MW و راندمان آن حـــدود ۹۴. ۵ % می‌باشد.

شیر پروانه‌ای (Butterfly Valve)

شـــیر پروانـــه‎ای معمولا” در بالادســت محفظـه حلزونــــی (spiral case) قـــــرار دارد و بـــرای جـــداسازی تــــوربین از مسیر بالادســـت به‌کار می‌رود. در ضمن به منظـــور قطــــع جریــــان آب در مواقع اضطــراری نیز از شیرپروانه‌ای استفاده می‌شود.
شیر پروانه‎ای شامل قسمتهای زیر می‌باشد:

– بدنه شیر (Valve Body)
– مکانیزم هیدرولیکی (Hydraulic operating mechanism)
– آب‌‎بند (Water sealing)
– سیستم کنترل
– مجموعه بای‌پس (By pass valves)
– اتصال پائین‎دست (Downstream transition)

شـــیر پروانــــه‌ای معمولا” توســــط وزنــه بسته می‌شود ولی با عملکرد دو ســــرووموتور هیدرولیکی باز مـی‎شود. یک سیســـتم هیدرولیکی که شـــامل مخزن تخلیـه روغـن (sump)، دو دستــگاه پمـــــپ روغــــن و مخـزن هــوا –روغــــن است برای شیرپروانه‌ای در نظــرگرفته می‌شود تا روغــــن با فشار مورد نیاز (مثلا” فشار bar ۴۰) را برای سروومـــــوتور‌ها فراهم کند. شیر‌پروانه‎ای توسط یک قطعه واسطه (expansion joint) به محفظــــه حلزونـــی (Spiral-case) متصل شده و توسط نگهدارنــــده‎هایی که در مــواقع بسته شدن به آن اجــــازه جابجــــایی طولی می‎دهنـــد مهـــار شده است.
شــــیر پروانــــه‎ای دارای یک مســـیر کنـارگذر (بای‌پاس) است. قبل از بازشـــــدن شــــیر پروانه‎ای، این شـــیر بای پـــاس محفظه حلزونی را پرآب می‎کند.

برای راه‎اندازی شیر پروانه‎ای مراحل زیر به‌صورت متوالی پیش‎بینی شده‌اند:
– باز شدن مسیر بای پاس
– باز شدن شیر پروانه‎ای
– بسته شدن مسیر بای پاس
شــــیر پروانه‎ای توسط ســـــروموتور‌ها باز مـــی‎شود. یک پمــپ روغــــن حداقل فشـــار لازم در مخزن هــوا-روغــــن را تأمین می‎نماید. اگر پمـــپ اصلی دچــــار اشکـــال شده و متوقف شود، پمپ دوم بصورت خودکار روشـــن می‎شود.

توجه داشته باشید که شیرهای پروانه‌ای یا کاملا” باز و یا کاملا” بسته هستند و حالت میانه ندارند؛ به عبارت دیگر از شیرهای پروانه‌ای برای کنترل جریان آب استفاده نمی‌شود.

 

 
گاورنر هیدرولیکی (Hydraulic governor)

هر واحد نیروگاهی برای کنترل سرعت و قدرت توربین به یک دستگاه گاورنر (Governor) برای تنظیم جریان آب ورودی به توربین، مجهز می‌گردد.

گاورنر‌ها به ۳ دسته تقسیم می‌شوند:
– گاورنر مکانیکی
– گاورنر الکترومکانیکی
– گاورنر الکترونیکی
در حال حاضر فقط از گاورنر الکترونیکی در نیروگاههای جدید استفاده می‌شود و گاورنرهای مکانیکی و الکترومکانیکی را فقط در نیروگاههای قدیمی می‌توان پیدا کرد.

گاورنرهای جدید دارای دو قسمت الکترونیکی و هیدرولیکی می‎باشند.

۱ – قسمت الکترونیکی گاورنر


یک کنترل‎کننده الکترونیکی حلقه بسته (close loop)، مجهز به PLC، به‌صورت کاملا” دوتایی (Full redundant)، کنترل سیستم را بر عهده می‌گیرد.

سیگنال‎های ورودی این کنترل‎کننده معمولا” عبارتند از:
– سیگنال آنالوگ سرعت توربین، از خروجی سنسورهای سرعت توربین (mA 20-4 )
– سیگنال آنالوگ نشان‎دهنده موقعیت ویکت گیت‌های توربین (mA20-4 )
– سیگنال آنالوگ نشان‎دهنده توان خروجی ژنراتور (mA 20-4 )

بر اســــاس سیگنـــــال‎های ورودی فــوق و پــردازش آن‌ها در کنتـرل‌کننده PLC، سیگنال خروجــی گـــاورنر الکتـــرونیکی (mA 20-4 ) به شـــیر راهنمـــا (Pilot valve) اعمـــال شـــده و با عمــلکرد این شیـر، فشـــار و دبــی لازم روغـــن برای حرکــــت سـرووموتور و دریچه‎هـــای هـــادی توربیـــن (wicket gates) از طریـق شیـــر کنتـــرل اصـــلی (main valve) گاورنر فراهم می‎گردد.
کنتـــرل‎کننده فــوق معمولا” به صـورت دوتــایی بـــه عنــوان گاورنــر اصلی و گاورنر پشتیبان در تابلوی کنترل گاورنر قرار می‌گیرند.
در صـــورت بروز اشکال در گاورنر اصلی (main)، کنترل سیستم به صورت خودکار، به گاورنر پشتیبان (backup) منتقل می‎شود.

سیستم کنترل گاورنر دارای سه حالت عملکرد به شرح زیر است:
– حـــالت کنتــــرل ســـرعت با کنترل‎کننده PID (speed control)
– حالت کنترل مقدار بازشدگی دریچه‎های هادی (wicket gate) توربین با کنترل‎کننده تناسبی (‍P) (opening control)
– حالت کنترل توان خروجی ژنراتور با کنترل‎کننده PID (Power control)

۲ – قسمت هیدرولیکی گاورنر

قســـمت هیدرولیکی گاورنر شامل تجهیزات زیر می‎باشد:
– عمــل‎کننده‎هـــای الکتروهـــیدرولیکی برای تبدیل سیگنال‎های الکتریکی به مقـــادیر مکــانیکی متناظر
– تقویت‎کننده هیدرولیکی
– واحد تأمین فشار روغن
از این واحـــد به منظـــور تأمیـــن فشـــار روغــــن بـــرای عمــــلکرد سرومــــوتورهای تـــوربین و نهایتا” باز و بسته شدن ویکت گیت‌های توربین استفاده می‎شود.
سیستم روغـن گـاورنر شامل مخــزن روغن، تانک فشار روغن/هوا (Air Oil Vessel)، دو دستگاه پمـپ روغـــن گـــاورنر، شیرهای سولونوئیدی، شیر هیدرولیکی، سیستم خنک‎کن روغن (شامل دو دستگاه پمپ، کولر و فیلتر دوتایی مربوطه)، تجهیزات کنترل و اندازه‎گیری، لوله‎کشی و … می‎باشد.
برق سیســـتم کنتــــرل گـــاورنر از دو فیـــدر مجــزا، از سیستم DC نیروگاه تأمین می‎شود.

[ad_2]

لینک منبع

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *