توربین هیدرولیک

طبقه بندی مهم توربین های هیدرولیک عبارتند از:

1. با توجه به نوع انرژی

1. توربین ضربه ای 

2. توربین واکنش

اگر انرژی موجود در ورودی توربین فقط انرژی جنبشی باشد، توربین به عنوان توربین ضربه ای شناخته می شود . چرخ پلتون. یک توربین ضربه ای در طول مسیر خود تحت فشار اتمسفر کار می کند. اگر آب دارای انرژی جنبشی و انرژی فشار در ورودی توربین باشد، به آن توربین واکنش می گویند . eg .​ توربین فرانسیس و توربین کاپلان. همانطور که آب از طریق دونده جریان می یابد، انرژی فشار به انرژی جنبشی تبدیل می شود.

2. با توجه به جهت جریان آب در رانر، دسته بندی توربین های هیدرولیک عبارتند از

3. با توجه به هد و مقدار آب موجود، دسته بندی توربین های هیدرولیک عبارتند از

4. با توجه به موقعیت شفت

• توربین های افقی - دارای شفت افقی (چرخ پلتون)

• توربین های عمودی - دارای شفت عمودی (کاپلان)

5. با توجه به سرعت خاص توربین، طبقه بندی توربین های هیدرولیک عبارتند از

• توربین های با سرعت ویژه پایین [5 <Ns < 60 (Pelton)]

• توربین های سرعت ویژه متوسط ​​[ 60 < N s < 300 (فرانسیس) ]

• توربین های با سرعت ویژه بالا [Ns > 300 (Kaplan)]

1. توربین ضربه ای

توربین‌های ضربه‌ای توربین‌هایی هستند که فشار خروجی نازل‌ها در آنها اتمسفری است و به جز تلفات، فشار در طول پره‌های متحرک تغییر نمی‌کند. رانش تجربه شده توسط پره متحرک یک توربین ضربه ای صرفاً به دلیل تغییر جهت حرکت است. چرخ پلتون رایج ترین توربین ضربه ای هیدرولیکی است که در ارتفاعات 150 تا 1500 متری کار می کند.

چرخ پلتون (یا) توربین پلتون به عنوان توربین ضربه ای شناخته می شود. در زیر به اجزای ضروری توربین ایمپالس و عملکرد توربین ضربه ای پرداخته شده است. این یک نوع توربین ضربه ای جریان مماسی است که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد. برای سرهای خیلی بلند مناسب است و به مقدار کمتری آب نیاز دارد. یک چرخ پلتون نشان داده شده در شکل 4.11 شامل دونده، سطل، نازل، مکانیسم راهنما، ترمز هیدرولیک و پوشش است.

(i) دونده 

رانر یک دیسک مدور است که از تعدادی سطل نیمه بیضی شکل تشکیل شده است که به طور مساوی در اطراف آن قرار گرفته اند. همانطور که در شکل 4.11 نشان داده شده است، سطل ها توسط یک برجستگی لبه های تیز به دو فنجان نیم کروی تقسیم می شوند. این آرایش از رانش محوری و رانش انتهایی بر یاتاقان ها جلوگیری می کند (تراست های محوری برابر و مخالف هستند). به طور کلی، سطل ها به اطراف رانر پیچ می شوند. در برخی موارد، سطل ها و چرخ به صورت یکپارچه ریخته می شوند. در مورد نوع پیچ و مهره ای، سطل های شکسته یا آسیب دیده را می توان به لحاظ اقتصادی تعویض کرد.

(ii) نازل و مکانیزم راهنما

یک نازل در انتهای پنستوک در نزدیکی توربین نصب شده است. نازل دارای یک سوزن مخروطی یا نیزه است تا مقدار آب خروجی از نازل را تنظیم کند و در نتیجه سرعت رانر را کنترل کند. نیزه ممکن است به صورت دستی توسط یک چرخ دستی (برای واحدهای کوچک) یا به طور خودکار توسط یک مکانیسم حاکم (برای واحدهای بزرگتر) کار کند.

(iii) ترمز هیدرولیک

هنگامی که توربین باید با بستن دریچه ورودی توربین به حالت استراحت درآید، به دلیل اینرسی، رانر معمولاً زمان زیادی طول می کشد تا به حالت استراحت درآید. برای استراحت سریع آن، یک نازل ترمز کوچک در نظر گرفته شده است. این نازل باز شده و یک جت آب را به پشت سطل ها هدایت می کند. این به عنوان یک ترمز عمل می کند تا دونده گردان به سرعت استراحت کند.

(IV) پوشش

پوشش از چدن یا صفحات فولادی ساخته شده است. برای اهداف زیر ارائه شده است.

1. برای جلوگیری از پاشش آب،

2. برای هدایت آب به مسابقه دم، و

3. به عنوان یک محافظ (پوشش) در برابر هرگونه حادثه ای عمل کند.

کار با یک چرخ پلتون

آب از طریق قلاب‌ها به نیروگاه منتقل می‌شود. نازل نصب شده در انتهای پنستاک (انتهای خانه برق) یک جت آب با سرعت بالا را به داخل سطل ها می رساند. یک یا چند جت آب مرتب شده اند تا به صورت مماس به سطل ها برخورد کنند. ضربه جت آب به سطل باعث چرخش چرخ و در نتیجه کار مکانیکی می شود. یک ژنراتور الکتریکی که به شفت دونده متصل می شود و انرژی مکانیکی به نیروی الکتریکی تبدیل می شود .

پس از خروج از چرخ توربین، آب به داخل مسابقه دم می ریزد. چرخ پلتون در بالای مسابقه دم قرار دارد تا سطل ها آب مسابقه دم را نپاشند.

2. توربین واکنش

توربین‌های واکنش، محرک‌های اولیه واکنشی هستند. استاتور پره های راهنما برای احاطه روتور پره های متحرک استفاده می شود. پره های راهنما به عنوان نازل عمل می کنند و تنها اجازه می دهند فشار به انرژی جنبشی گسترش یابد. انبساط بیشتر هد فشار در طول حرکت سیال روی پره های متحرک صورت می گیرد. از این رو، رانش اعمال شده بر روی تیغه تا حدی به دلیل تغییر تکانه (تکانه) و تا حدی به دلیل عمل فشار (واکنش) است. از آنجایی که آب از طریق پره های استاتور در سراسر حاشیه چرخ وارد می شود و از آنجایی که فشار در پره های متحرک متفاوت است، یک توربین واکنش کاملاً مهر و موم شده از جو کار می کند. توربین واکنش متداول برای سر متوسط ​​(20-200 متر) " فرانسیس توربین " و توربین پایین (2-3 متر) " توربین کاپلان " است.

توربین فرانسیس

توربین واکنش جریان به داخل با دبی شعاعی در خروجی به توربین فرانسیس معروف است . در توربین فرانسیس مدرن، آب تحت فشار به سمت مرکز در جهت شعاعی وارد رانر می شود و به صورت محوری از رانر خارج می شود. بنابراین توربین فرانسیس مدرن یک توربین از نوع جریان مخلوط است.

کارکردن یک توربین فرانسیس

آب از مخزن از طریق پنستوک ها به توربین منتقل شده و وارد محفظه طومار می شود. پوشش آب را به طور یکنواخت در اطراف محیط توربین توزیع می کند. از محفظه اسکرول، آب از حلقه نگهدارنده عبور می کند. این حلقه آب را به سمت پره های راهنما هدایت می کند. این پره های راهنما، مقدار آب عرضه شده به رانر را تنظیم می کنند. شکل ایروفویل پره های راهنما اجازه می دهد تا آب به آرامی و بدون ضربه جریان یابد. آب با سرعت کم و فشار قابل توجهی وارد رانر می شود. همانطور که آب از طریق رانر جریان می یابد، جهت جریان آب از محوری به شعاعی تغییر می کند. انرژی فشار به تدریج به انرژی جنبشی تبدیل می شود و دونده با سرعت بالا می چرخد. این گشتاور به ژنراتور منتقل می شود که به شفت دونده کوپل شده است. پس از عبور از دونده، آب از طریق یک لوله کشش وارد مسابقه دم می شود.

توربین های واکنش جریان محوری

اگر آب به موازات محور چرخش شفت جریان داشته باشد و شفت توربین عمودی باشد، توربین به عنوان توربین جریان محوری شناخته می شود . انتهای پایینی شفت به عنوان "hub" یا boss شناخته می شود . پره ها بر روی هاب ثابت می شوند و از این رو هاب به عنوان یک دونده برای توربین های جریان محوری عمل می کند. انواع توربین های واکنش جریان محوری عبارتند از

1. توربین پروانه 

2. توربین کاپلان

هنگامی که پره ها روی توپی ثابت هستند و قابل تنظیم نیستند، یعنی پره ها با باس ترکیب می شوند، توربین به عنوان توربین پروانه شناخته می شود. اما اگر پره های روی باس قابل تنظیم باشند، توربین به توربین کاپلان معروف است.

برای سرهای نسبتا پایین مناسب است. از این رو، برای توسعه قدرت به مقدار زیادی آب نیاز دارد.

اجزای اصلی یک توربین کاپلان عبارتند از

1. محفظه اسکرول

2. مکانیزم پره های راهنما

3. توپی با تیغه

4. لوله پیش نویس

منبع: eeeguide