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