۱۵ آذر ۱۳۹۴ ساعت ۱۰ و ۴۰ دقيقه

توربيـــــن يك سيستم مكـــانيكي اســـت كه انــرژي پتانســــيل آب را به انـــرژي مكــانيكي تبديـــل مي كند. مقــــدار انـــرژي توليـــد شـــده به پارامترهايي از قبيل هـــد، دبي و مقدار تلفــات نشتي بستگي دارد.

تجهيزات مكانيكي نيروگاه/توربين آبي (Hydraulic Turbine) 

توربيـــــن يك سيستم مكـــانيكي اســـت كه انــرژي پتانســــيل آب را به انـــرژي مكــانيكي تبديـــل مي كند. مقــــدار انـــرژي توليـــد شـــده به پارامترهايي از قبيل هـــد، دبي و مقدار تلفــات نشتي بستگي دارد.

توربينهاي آبي، معمولا" به 3 دسته كلي پلتون، فرانسيس و كاپلان تقسيم مي‌گردند كه در هر نيروگاه متناسب با هد و دبي آب، توربين متناسب با آن، انتخاب مي‌گردد.در بسياري از نيروگاههاي بزرگ و متوسط ايران از توربين نوع فرانسيس عمودي استفاده شده است.

بطور مثال، تــــــوربين‎هاي نيروگاه كـــارون يك،دز،كارون 3 و كرخه،از نوع فرانســـــيس، عكس‎العملي و با محــــور عمــودي مي‎باشـــــند كـــه كامــلاً در آب غـــوطه‎ور هستند. آب باعــــــث ايجــــاد كوپل چرخشي در توربـــــين مي‎شــــــود. هر توربــــين شامل اجـــزاء زير است : محفظــــه حلزونــــــي(Spiral Case) ، حلقــــه ثابت(Stay ring) ، پره‎هــــــاي تنظــــيم‎كننده جريان آب(Wicket gate) ، رانـــر (Runner)و درافت تيوب(Draft tube).

آب وارد محفظــه حلزوني شــــده و پس از عبور از پره‎هاي ثــابت و پره‎هـــــاي ويكت گيت، با برخورد به رانـــــر، آن را به چرخش درآورده و سپس از طــريق درافــت تيوب و تونـــل پايـــاب (Tail race)خارج مي‎شـــود. بمنظـــور جدا كردن درافت تيـــوب از آب پايـــاب، در مواقــــع لازم (براي تخلــــيه آب درافت تيوب)،در بعضي از طرحها، از استاپ لاگ (دريچه)(Stop-Log) در انتهاي درفت تيوپ استفاده مي‌شود. دبي آب توربين توسط باز و بستــه شدن پره‎هاي ويكت گيت‎ كنترل مي‎شود. گاورنــــر(Governor) از اين طـــريق(با تغيير باز شدگي دريچه‌هاي ويكت گيت)، قــــدرت خروجي و ســـرعت توربيـن را كنترل مي‎كنـــد. در بالا دست محفظه حلزوني، شيرپروانه‎اي(Butterfly Valve) قـــرار دارد كــــه در مــواقع عادي و اضطـراري براي توقـف جــريان آب از آن اســتفاده مي‎گــردد.بايد توجه كرد كه شيرپروانه‌اي براي كنترل دبي آب استفاده نمي‌شود و همواره يا كاملا" باز است و يا كاملا" بسته.

بطور مثال نيروگاه كارون يــك، داراي چــــهار واحـــد با محـــور عمــودي است. هــــر دو توربيـــن داراي يــك ورودي و پنســتاك هستــند كه هر پنستاك به دو قســــمت تقســيم شـده و هر قســمت آن به يك محفظـــه حلــــــزوني متصل شـــده است. با هــد خالص160.4 m و دبـــي 171 m3/sce ، قــــــــدرت واحد ، حدود 254 MW و راندمان آن حـــدود94.5% مي‌باشد.

شير پروانه‌اي (Butterfly Valve) 

شـــير پروانـــه‎اي معمولا" در بالادســت محفظـه حلزونــــي (spiral case) قـــــرار دارد و بـــراي جـــداسازي تــــوربين از مسير بالادســـت به‌كار مي‌رود. در ضمن به منظـــور قطــــع جريــــان آب در مواقع اضطــراري نيز از شيرپروانه‌اي استفاده مي‌شود.

 شير پروانه‎اي شامل قسمتهاي زير مي‌باشد :

 

-          بدنه شير (Valve Body)

-          مكانيزم هيدروليكي (Hydraulic operating mechanism)

-          آب‌‎بند(Water sealing)

-          سيستم كنترل

-          مجموعه باي‌پس (By pass valves)

-          اتصال پائين‎دست (Downstream transition)

 

شـــير پروانــــه‌اي معمولا" توســــط وزنــه بسته مي‌شود ولي با عملكرد دو ســــرووموتور هيدروليكي باز مـي‎شود. يك سيســـتم هيدروليكي كه شـــامل مخزن تخليـه روغـن(sump)، دو دستــگاه پمـــــپ روغــــن و مخـزن هــوا –روغــــن است براي شيرپروانه‌اي در نظــرگرفته مي‌شود تا روغــــن با فشار مورد نياز (مثلا"  فشار bar 40) را براي سروومـــــوتورها فراهم كند. شير‌پروانه‎اي توسط يك قطعه واسطه (expansion joint) به محفظــــه حلزونـــي (Spiral-case) متصل شده و توسط نگهدارنــــده‎هايي كه در مــواقع بسته شدن به آن اجــــازه جابجــــايي طولي مي‎دهنـــد مهـــار شده است.

شــــير پروانــــه‎اي داراي يك مســـير كنـارگذر (باي‌پاس) است. قبل از بازشـــــدن شــــير پروانه‎اي، اين شـــير باي پـــاس محفظه حلزوني را پرآب مي‎كند.

براي راه‎اندازي شير پروانه‎اي مراحل زير به‌صورت متوالي پيش‎بيني شده‌اند:

-          باز شدن مسير باي پاس

-          باز شدن شير پروانه‎اي

-          بسته شدن مسير باي پاس

شــــير پروانه‎اي توسط ســـــروموتورها باز مـــي‎شود. يك پمــپ روغــــن حداقل فشـــار لازم در مخزن هــوا-روغــــن را تأمين مي‎نمايد. اگر پمـــپ اصلي دچــــار اشكـــال شده و متوقف شود، پمپ دوم بصورت خودكار روشـــن مي‎شود.

توجه داشته باشيد كه شيرهاي پروانه‌اي يا كاملا" باز و يا كاملا" بسته هستند و حالت ميانه ندارند؛ به عبارت ديگر از شيرهاي پروانه‌اي براي كنترل جريان آب استفاده نمي‌شود.

گاورنر هيدروليكي(Hydraulic governor)  

هر واحد نيروگاهي براي كنترل سرعت و قدرت توربين به يك دستگاه گاورنر (Governor)براي تنظيم جريان آب ورودي به توربين، مجهز مي‌گردد.

گاورنرها به 3 دسته تقسيم مي‌شوند:

-          گاورنر مكانيكي

-          گاورنر الكترومكانيكي

-          گاورنر الكترونيكي

در حال حاضر فقط از گاورنر الكترونيكي در نيروگاههاي جديد استفاده مي‌شود و گاورنرهاي مكانيكي و الكترومكانيكي را فقط در نيروگاههاي قديمي مي‌توان پيدا كرد.

گاورنرهاي جديد داراي دو قسمت الكترونيكي و هيدروليكي مي‎باشند.

1- قسمت الكترونيكي گاورنر

يك كنترل‎كننده الكترونيكي حلقه بسته (close loop) ، مجهز به PLC ، به‌صورت كاملا” دوتايي (Full redundant)، كنترل سيستم را بر عهده مي‌گيرد.

سيگنال‎هاي ورودي اين كنترل‎كننده معمولا" عبارتند از:

-   سيگنال آنالوگ سرعت توربين، از خروجي سنسورهاي سرعت توربين (mA20-4)

-   سيگنال آنالوگ نشان‎دهنده موقعيت ويكت گيت‌هاي توربين(mA20-4)

-   سيگنال آنالوگ نشان‎دهنده توان خروجي ژنراتور (-4mA20)

بر اســــاس سيگنـــــال‎هاي ورودي فــوق و پــردازش آن‌ها در كنتـرل‌كننده PLC، سيگنال خروجــي گـــاورنر الكتـــرونيكي (mA20-4) به شـــير راهنمـــا(Pilot valve)  اعمـــال شـــده و با عمــلكرد اين شيـر، فشـــار و دبــي لازم روغـــن براي حركــــت سـرووموتور و دريچه‎هـــاي هـــادي توربيـــن(wicket gates) از طريـق شيـــر كنتـــرل اصـــلي(main valve) گاورنر فراهم مي‎گردد.

كنتـــرل‎كننده فــوق معمولا" به صـورت دوتــايي بـــه عنــوان گاورنــر اصلي و گاورنر پشتيبان در تابلوي كنترل گاورنر قرار مي‌گيرند.

در صـــورت بروز اشكال در گاورنر اصلي(main) ، كنترل سيستم به صورت خودكار، به گاورنر پشتيبان (backup)  منتقل مي‎شود.

سيستم كنترل گاورنر داراي سه حالت عملكرد به شرح زير است:

-      حـــالت كنتــــرل ســـرعت با كنترل‎كننده PID (speed control)

-     حالت كنترل مقدار بازشدگي دريچه‎هاي هادي(wicket gate)  توربين با كنترل‎كننده تناسبي (‍P)(opening control)

-      حالت كنترل توان خروجي ژنراتور با كنترل‎كننده PID (Power control)

2- قسمت هيدروليكي گاورنر

قســـمت هيدروليكي گاورنر شامل تجهيزات زير مي‎باشد:

-    عمــل‎كننده‎هـــاي الكتروهـــيدروليكي براي تبديل سيگنال‎هاي الكتريكي به مقـــادير مكــانيكي متناظر

-     تقويت‎كننده هيدروليكي

-     واحد تأمين فشار روغن

از اين واحـــد به منظـــور تأميـــن فشـــار روغــــن بـــراي عمــــلكرد سرومــــوتورهاي تـــوربين و نهايتا” باز و بسته شدن ويكت گيت‌هاي توربين استفاده مي‎شود.

سيستم روغـن گـاورنر شامل مخــزن روغن، تانك فشار روغن/هوا(Air Oil Vessel) ، دو دستگاه پمـپ روغـــن گـــاورنر، شيرهاي سولونوئيدي، شير هيدروليكي، سيستم خنك‎كن روغن (شامل دو دستگاه پمپ، كولر و فيلتر دوتايي مربوطه)، تجهيزات كنترل و اندازه‎گيري، لوله‎كشي و غيره مي‎باشد.

برق و الكتريك سيســـتم كنتــــرل گـــاورنر از دو فيـــدر مجــزا،از سيستم DC نيروگاه تأمين مي‎شود.

این متن به سفارش وبسایت پارسیان الکتریک لاله زار بخش مقالات برق و الکتریک گردآوری شده است.شمارگان 338

گردآوري و تدوين: فاطمه فروغي