توربیـــــن [2]

 توربیـــــن یک سیستم مکـــانیکی اســـت که انــرژی پتانســــیل آب را به انـــرژی مکــانیکی تبدیـــل می کند. مقــــدار انـــرژی تولیـــد شـــده به پارامترهایی از قبیل هـــد، دبی و مقدار تلفــات نشتی بستگی دارد. 

تجهیزات مکانیکی نیروگاه 

 توربیـــــن یک سیستم مکـــانیکی اســـت که انــرژی پتانســــیل آب را به انـــرژی مکــانیکی تبدیـــل می کند. مقــــدار انـــرژی تولیـــد شـــده به پارامترهایی از قبیل هـــد، دبی و مقدار تلفــات نشتی بستگی دارد. 

تجهیزات مکانیکی نیروگاه 

توربین آبی (Hydraulic Turbine)

توربیـــــن یک سیستم مکـــانیکی اســـت که انــرژی پتانســــیل آب را به انـــرژی مکــانیکی تبدیـــل می کند. مقــــدار انـــرژی تولیـــد شـــده به پارامترهایی از قبیل هـــد، دبی و مقدار تلفــات نشتی بستگی دارد.

توربینهای آبی، معمولا" به 3 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، تــــــوربین‎های نیروگاه کـــارون یک،دز،کارون 3 و کرخه،از نوع فرانســـــیس، عکس‎العملی و با محــــور عمــودی می‎باشـــــند کـــه کامــلاً در آب غـــوطه‎ور هستند. آب باعــــــث ایجــــاد کوپل چرخشی در توربـــــین می‎شــــــود. هر توربــــین شامل اجـــزاء زیر است : محفظــــه حلزونــــــی(Spiral Case) ، حلقــــه ثابت(Stay ring) ، پره‎هــــــای تنظــــیم‎کننده 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 160.4 m و دبـــی 171 m3/sce ، قــــــــدرت واحد ، حدود 254MW و راندمان آن حـــدود 94.5% 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"  فشارbar 40) 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 3 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. 

1- 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 (mA20-4)

-   سیگنال آنالوگ نشان‎دهنده موقعیت ویکت گیت‌های توربین(mA20-4)

-   سیگنال آنالوگ نشان‎دهنده توان خروجی ژنراتور (-4mA20)

بر اســــاس سیگنـــــال‎های ورودی فــوق و پــردازش آن‌ها در کنتـرل‌کننده PLC، سیگنال خروجــی گـــاورنر الکتـــرونیکی (mA20-4) 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) 

2- 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 غیره می‎باشد.برق سیســـتم کنتــــرل گـــاورنر از دو فیـــدر مجــزا،از سیستم DC نیروگاه تأمین می‎شود.