تفاوت چرخ پلتون،فرانسیس و کاپلان

[M!Zare 48037]

سلام.تفاوت این توربینها در تعمیرات و نگهداری.کاویتاسیون.تغییرات هد ورودی.ضربه قوچ و سایز و بار چیست؟متشکرم:icon_gol:

[M!Zare 48037]

دوستان کسی جواب نمیده؟من هفته دیگه امتحان نیروگاه دارم

[spow 44197]

سلام مریم جان

والا من یه جزوه درمورد توربینها داشتم پیداش نمیکنم

اگه پیدا کنم اونجا قشنگ دراین مورد توضیح داده بود باید بشینم برات تایپ کنم

ولی ایرادی نداره

پیداش کنم تایپ هم میکنیم

فعلا بگردیم ببینیم تو نت درمورد درخواستت چی هست اونم بعدا تقدیم میکنیم

دی:

[spow 44197]

خب اول درمورد توربینهای ابی

 

 

توربین آبی است موتور متحرکی که از آب متحرک انرژی می‌گیرد. اولین توربین‌های آبی چرخ‌های آبی بودند که برای گذر از چرخ‌های آبی به توربین‌های مدرن ۱۰۰ سال سپری شد. در ادامه swirl در توربین‌ها تحقق پیدا کرد که انرژی به یک جزء چرخان منتقل می‌شد. (البته در توربین‌های ضربه‌ای swirl وجود ندارد.)

 

توربین‌های عکس العملی

 

 

در این توربین‌ها آب با گذر از بین پره‌های توربین فشار خود را از دست داده و باعث حرکت رانر می‌شود. توصیف انتقال انرژی بوسیله قانون سوم نیوتن انجام می‌گیرد. مانند:

 

توربين فرانسيس

 

توربين كاپلان(Kaplan, Propeller, Bulb, Tube, Straflo)

 

Tyson

 

 

 

توربین‌های ضربه‌ای

 

 

در این نوع تغییر فشار بوجود نمی‌آید و با یک نازل سرعت آب افزایش داده می‌شود و آب به پره‌ها ضربه می‌زند. مانند:

 

توربين پلتون

 

Turgo

 

Michell-Banki یا Crossflow یا Ossberger

 

 

 

 

توان خروجی

 

توان از فرمول زیر محاسبه می‌شود:

 

 

توان خروجي

 

که در آن η راندمان، ρ چگالی آب، g شتاب ثقل، h ارتفاع آب و v. دبی آب می‌باشد. بهره مکانیکی توربین‌ها (نه بهره ترمودینامیکی!!!) بیش از ۹۰ درصد می‌باشد.

 

در مورد نصب توربین‌ها هم می‌توانند دارای محور افقی و هم عمودی باشند. پلتون به هر دو نوع ساخته می‌شود اما فرانسیس و کاپلان‌های بزرگ معمولا عمودی هستند. همچنین در مورد ارتفاع و دبی هم تقسیم بندی می‌شوند. (البته ارتفاع به مراتب مهمتر از دبی است.) ضربه‌ای‌ها در ارتفاع خیلی بالا استفاده می‌شوند و عکس العملی‌ها هم در رنج وسیعی از ارتفاع (H همان ارتفاع و به متر است) به کار می‌روند.

محدوده كاري توربين هاي آبي

 

 

سرعت نامی، ns، مشخصه‌ای است که تعیین می‌کند چه توربینی به چه موقعیت سدی سازگاری دارد. این سرعت می‌تواند به صورت توان یک واحد بازای یک وتحد ارتفاع بیان شود. فرمول زیر سرعت نامی را بیان می‌کند (در این فرمول n سرعت دور بر دقیقه‌است.):

 

رابطه فوق باید در ۲۶۲۶/۰ ضرب شود تا از واحذ انگلیسی به واحد متریک تبدیل شود. البته می‌توان با استفاده از Ω که سرعت زاویه‌ای با واحد رادیان بر ثانیه‌است فرمول بی واحد زیر را به دست آورد:

 

 

حال با استفاده از ارتفاع و دبی موجود و سرعت خواسته شده، سرعت نامی را به دست می‌آوریم. از این پس با روابط تحلیلی می‌توان ابعاد توربین را به دست آورد. معمولا توربین‌های کمترین سرعت را در رنج ۱ تا ۱۰ دارند. توربین‌های فرانسیس بین ۱۰ تا ۱۰۰ بوده و کاپلان هم حداقل ۱۰۰ است.

 

 

 

 

سرعت فرار

 

سرعت با حداکثر جریان و بدون بار. همچنین با استفاده از مدل‌های آزمایشگاهی در ابعاد ۱ فوت می‌توان آزمایشات را انجام داد و با استفاده از قوانین وابستگی (Affinity Law) نتایج را به مدل واقعی تعمیم داد.

 

 

قوانین وابستگی

 

اگر ابعاد توربین ثابت باشد: سرعت ارتباط مستقیم با دبی ورودی دارد:

 

N2 / N1 = Q2 / Q1

 

سرعت متناسب با جذر ارتفاع است.

 

N2 / N1 = sqrt(H2 / H1)

 

در نتیجه سرعت برابر جذر ۳ توان هیدرولیکی ورودی است.

 

(N2 / N1)3 = (P2 / P1)

 

 

 

تلمبه‌ای ذخیره‌ای

 

نیروگاه آبی می‌تواند در زمان غیر پیک برق اضافه شبکه را گرفته و به صورت پمپ کار کرده و آب را به بالای سد ببرد و در هنگام پیک مانند دیگر توربین‌ها آب را رها کرده و برق را تولید کند. بین ۷۰ تا ۸۰ درصد توانی که برای پمپ مصرف می‌شود دوباره احیا می‌شود.

[spow 44197]

توربین فرانسیس (Francis)بوسیله James B. Francis اختراع شد. این توربین یک توربین عکس العملی با جریان داخل شونده (Inward Flow) است که از مفاهیم جریان محوری (Axial) و گردشی (Radial) بهره می‌برد.

 

این توربین پرکاربردترین توربین است. این توربین از نوع عکس العملی بوده و به همین دلیل در یک سوی آن آب پرفشار و در سوی دیگر آب خروجی کم فشار وجود دارد.

 

ورودی شکل حلزونی دارد و این ساختار به کمک دریچه‌های هدایت کننده) Wicket Gates or Guide Vanes) باعث می‌شوند آب مماس وار (tangentially) به رانر برخورد کند و رانر به چرخش درآید. هرچه آب بیشتر به دور توربین می‌چرخد شعاع مجرای آن کمتر می‌شود که در نتیجه آب سرعت از دست رفته خود را احیا می‌کند. در نهایت آب خروجی دارای حداقل انرژی جنبشی و پتانسیل است.

 

هزینه طراحی، ساخت و نصب توربین‌های فرانسیس بسیار زیاد است اما برای سالیان متمادی کار می‌کنند.

[spow 44197]

توربین پلتون(Pelton) نوعی توربین آبی است. این توربین در سال ۱۸۷۰ توسط Lester Allan Pelton ابداع شد. این توربین از نوع ضربه‌ای است. این توربین طبق قانون دوم نیوتن برای تولید انرژی از یک جت سیال استفاده می‌کند.

 

در این توربین توسط نازلهایی آب بافشار به صورت مماسی به کاسه‌هایی که به رانر متصل هستند برخورد کرده و رانر را می چرخاند. کاسه‌ها جفتی هستند، تا علاوه بر تعادل نیرویی که وارد می‌شود مومنتوم نرم و کارایی منتقل شود

 

[spow 44197]

توربین کاپلان (Kaplan)

 

 

این توربین در سال ۱۹۱۳ توسط Viktor Kaplan اطریشی ابداع شد. این توربین یک توربین عکس العملی با جریان داخل شونده (Inward Flow) است که از مفاهیم جریان محوری (Axial) و گردشی (Radial) بهره می‌برد. ورودی تیوبی پیچشی است که به دور دریچه‌های هدایت کننده (Wicket Gates) می‌چرخد. آب توسط دریچه‌های هدایت کننده به صورت مماسی به رانر خورده و توسط تیغه‌های ملخی رانر حالت مارپیچی به خود می‌گیرد که در نهایت باعث چرخش رانر می‌شود.

 

دو پارامتر تنظیمی زاویه تیغه‌ها و دریچه‌های هدایت کننده باعث می‌شوند توربین‌های کاپلان در محدوده وسیعی کارایی داشته باشند. در کاربردهای خانگی با حدود تراز موثر ۶۰ سانتیمتر توربین‌های کاپلان ارزان قیمتی ساخته می‌شوند. هزینه طراحی، ساخت و نصب توربین‌های فرانسیس بسیار زیاد است اما برای سالیان متمادی کار می‌کنند.

انواع مختلف توربین کاپلان

 

توربین‌های ملخی (Propeller Turbine)

 

پره‌های ملخ قابل تنظیم نبوده و برای کاربردهای کوچک و ارزان استفاده می‌شوند. در مدلهای تجاری این توربینها از چند دسیمتر تراز موثر چند صد وات تولید می‌کنند.

 

 

توربین حبابی (Bulb) یا لوله‌ای (Tubular)

 

 

در مسیر ورود آب طراحی می‌شوند. یک حباب بزرگ در مرکز لوله آب قرار گرفته و ژنراتور، رانر (runner) و ویکت گیت (wicket gate) را در بر می‌گیرد. توربینهای لوله‌ای طراحی کاملا محوری دارند (در حالی که توربینهای کاپلان، ویکت گیتهای شعاعی دارند.

 

 

توربین Pit

 

 

توربین‌های حبابی همراه با جعبه دنده هستند. با وجود جعبه دنده امکان استفاده از ژنراتور کوچکتر را فراهم می‌کند. در نتیجه برای ارتفاع پایین بسیار مطلوب می‌باشد.

 

 

توربین Straflo

 

در این توربین روتور توربین و رانر با هم ادغام شده‌اند.

 

 

توربین S یا S-Turbine

 

 

این توربین با بیرون بردن ژنراتور از کانال آب، نیاز به محفظه حبابی را از بین برده‌است. در این حالت تورفتگی در کانال ایجاد شده‌است که شفتی توربین را به ژنراتور متصل می‌کند.

 

 

توربین تایسون

 

 

[spow 44197]

مزایای توربین های عمودی :

1) نصب وتعمیر ژنراتور به راحتی انجام می شود.

 

2) غوطه ور نمودن پره های متحرک زیر دم آب خروجی به منظوراز بین بردن کاویتاسیون ، در مقایسه با غوطه ور نمودن مجموعه کامل با حداقل هزینه عمرانی همراه خواهد بود.

 

3) تجهیزات را می توان بر روی سطح بالای توربین نصب نمود که این موضوع ،تعمیرات ونگهداری از تجهیزات را به آسانی مهیا می کند.

 

4) طرح سیستم روغن کاری ویاتاقان ها به سادگی انجام می شود.

 

5) حفاظت توربین ودیگر تجهیزات جانبی با انجام بتون ریزی های محکم قابل انجام است.

[spow 44197]

انتخاب مکان مناسب برای نیروگاههای آبی :

 

یک نیروگاه برق آبی ،قسمت کوچکی از کل تجهیزات نصب شده بر روی یک رودخانه می باشد . به همین خاطر ،در انتخاب مکان یک نیروگاه آبی ،مسائل مهم مختلفی وجود دارد که مهمترین آنها عبارتند از :

 

 

 

1)دسترسی به آب : به منظور نصب یک سد ونیروگاه ،نیاز به جریان آب رودخانه می باشد. از این رودخانه اطلاعاتی از قبیل مقادیر حداقل ،حداکثر ومتوسط دبی وحجمی آب در دوره های متناوب مورد نظر مورد نیاز است. در تخمین آب دردسترس باید میزان آب بخار شده وآب های نشتی هم به حساب آورده شود.

 

 

 

2) ذخیره آب : با توجه به تغییرات آب رودخانه ها ،باید مکان سد به گونه ای باشد که امکان ذخیره اب (برای استفاده در مواقعی که دبی حجمی آب کم می شود ) وجود داشته باشد.

 

 

 

3) ارتفاع آب در پشت سد ایجاد شده : با توجه به اینکه با افزایش ارتفاع موثر آب ،توانایی تولید انرژی الکتریکی افزایش می یابد در نتیجه، میزان آب ذخیره شده کاهش پیدا می کند. بدین منظور باید آب زیادی توسط مجاری آب و توربین جابه جا گردد تا انرژی مورد نیاز تامین شود. لازم به ذکر است که ارتفاع آب بستگی به نقشه برداری ناحیه دارد.

 

 

 

4)بررسی های زمین شناسی : این بررسی ها به منظور یافتن پی های مناسب برای احداث سد ودیگر تجهیزات جانبی ،ایجاد مخزن آب به اندازه کافی و... لازم می باشد. همچنین زمین انتخاب شده نباید در مسیر گسل ها وزلزله ها باشد.

 

 

 

5) میزان آلودگی آب : آلودگی آب باعث صدمه به تجهیزات فلزی درمسیر آب نیروگاه می شود . این مسئله می تواند عملکرد نیروگاه را غیر اقتصاذی ونا مطمئن سازد. در نتیجه مناسب است که در انتخاب مکان یک سد (برای احداث نیروگاه) به کیفیت آب رودخانه توجه شود تامشکلاتی را در عملکرد نیروگاه ایجاد ننماید.

 

 

 

6) میزان رسوب گذاری رود : رسوبات ته نشین شده تدریجی آب رودخانه در پشت سد ،ظرفیت مخزن آب را کاهش می دهد. این رسوبات می تواند مشکلاتی را برای پره های توربین ایجاد نماید. البته رسوبات منطقه جنگلی قابل صرف نظر کردن است. به عبارت دیگر ،در آن نواحی که در معرض طوفان های شدید هستند وتوسط فضای سبز محافظت نشده اند ،رسوبات بسیار زیادی در مسیر رودخانه جمع می شود. در بیشتر حالات ،این فاکتور جوابگو خواهد بود ودر غیر این صورت ،مکان در نظر گرفته شده مناسب نمی باشد.

 

 

 

7) تاثیرات زیست محیطی : آب پشت سد ،مقدار بسیار زیادی از زمین ها ودهکده ها را زیر آب می برد. به همین خاطر موقعیت مورد نظر باید محیطی امن ومناسب باشد تا مشکلاتی را از نظر بهداشتی ایجاد نکند وجنبه های فرهنگی تاریخی منطقه را حفظ کند.

 

 

 

8) دسترسی به مکان مورد نظر : در موقعیت انتخاب شده برای ایجاد سد ونصب نیروگاه باید تجهیزات بسیار زیادی به مکان مورد نظر انتقال یابد. به همین منظور باید امکان دسترسی به آن توسط ایجاد جاده ها یا خطوط راه آهن وجود داشته باشد.

[spow 44197]

توربین کاپلان با محور عمودی و درفت تیوب زانویی

نیروگاه‌های برق آبی کوچک –

چینش‌های متفاوتی برای واحدهای کوچک کاپلان با محور عمودی وجود دارد. معمولاً از رانرهایی استفاده می‌کنند که نسبت به سطح آب پایین دست در ارتفاع بالاتری قرار می‌گیرند. بنابراین نیازی به دریچه ای برای درافت تیوب وجود ندارد .

محل نیروگاه، شکلی نیمه کروی دارد. همان طور که در شکل دیده می‌شود، برای دسترسی به هدکاور توربین، فضای کمی وجود دارد. این مساله، محدودیت اساسی را در این چینش نشان می‌دهد. بنابراین از روی احتیاط، ارتفاع ژنراتور و شفت توربین را بیشتر می گیرند تا فضای کافی برای تعمیرات به‌وجود آید. بنابراین بیرون آوردن توربین، نیازمند بیرون آوردن ژنراتور و همچنین افزایش‌دهنده‌ی سرعت خواهد بود که سبب افزایش هزینه‌ها خواهد شد. بنابراین اولویت با چینش هایی با شفت افقی خواهد بود که از واحدهای S شکل استفاده می‌کنند. ولی در هر صورت، نحوه‌ی نصب به آسانی مشابه شکل زیر خواهد بود.

نیروگاه های برق آبی کوچک -

ژنراتور در یک حباب تخم‌مرغی(بالب) و یا یک Pit و در مسیر آب بالادست قرار می‌گیرد. نصب به صورت Pit، همان حالت بالب است که قسمت بالای آن باز شده باشد و امکان دسترسی به ژنراتور را ساده‌تر می‌سازد. به این دلیل برای حفظ اندازه‌ی ژنراتور، نیاز به گیربکسی است که سرعت ژنراتور را بین 600 تا 1000 rpm افزایش دهد. اگر دور رانر توربین، بیش از 275 rpm باشد، نیازی به گیربکس نیست. این حالت را در شکل می‌توان دید.

پایین‌دست بالب یا pit ، تجهیزاتی مانند پره‌های ثابت، پره‌های متحرک(ویکت گیت)، رانر کاپلان و در نهایت یک درفت تیوب مخروطی وجود دارد. همان‌طور که گفتیم، برای تعمیرات، دستیابی راحتی به اطراف توربین وجود دارد. بنابراین مانند همه‌ی واحدهای با شفت افقی، بدون درآوردن ژنراتور، می‌توان رانر را برای تعمیرات بیرون آورد. واحدهای بالب فقط در قطرهای زیاد وجود دارند و با توجه به مشکل " دسترسی محدود" به بالب، باید تا حد ممکن، کمتر استفاده شوند. واحدهای pit type از این جهت، مطلوب‌ترند.

Turbine selection for small low-head hydro developments. By:J. L. Gordon, P. Eng - Hydropower consultant

نیروگاه های برق آبی کوچک -

توربین کاپلان S- type با محور افقی

این توربین‌ها معمول‌ترین توربین با هد پایین هستند که در نیروگاه‌های برق آبی کوچک استفاده می‌شوند که توسط بسیاری از سازندگان به‌صورت از پیش طراحی شده‌ای، ساخته می‌شوند. قطر این توربین‌ها از 1 متر تا 4 متر ساخته می‌شود و در محدوده‌ی هدهای از 5 متر تا 25 متر و همچنین در محدوده‌ی توان‌های حداکثر تا12MW به‌کار گرفته می شوند.

نیروگاه های برق آبی کوچک -

این مدل توربین در محلهایی با زوایای شیب 15 تا 45 درجه نسبت به افق و در سایت‌های به‌کار می روند که هد بسیار کمی با ارتفاع خالص بین 2 تا 8 متر دارند. این توربین‌ها در محدوده‌ی توان‌های حداکثر تا 2.6MW به‌کار گرفته می‌شوند.

محل کاربرد هیدروتوربین‌های کوچک:

1. Inclined axis, very low head Kaplan gear turbine

این مدل توربین در محلهایی با زوایای شیب 15 تا 45 درجه نسبت به افق و در سایت‌های به‌کار می روند که هد بسیار کمی با ارتفاع خالص بین 2 تا 8 متر دارند. این توربین‌ها در محدوده‌ی توان‌های حداکثر تا 2.6MW به‌کار گرفته می‌شوند.

2. Horizontal axis “S” type Kaplan turbine

این توربین‌ها در محدوده‌ی هدهای از 5 متر تا 25 متر وهمچنین در محدوده‌ی توان‌های حداکثر تا12MW به‌کار گرفته می شوند.

5. Horizontal axis “S” type propeller turbine.

6. Horizontal axis pit type propeller turbines.

از مدل‌های 5 و 6 که در فهرست بالا آورده شده‌اند به‌خاطر مشخصه‌ی بسیار حساس راندمان این توربین‌ها نسبت به تغییرات هد و فلو به ندرت استفاده می‌شود و این توربین‌ها تنها در سایتهایی به‌کار گرفته می‌شوند که کمترین تغییر در میزان هد و فلوی آب را دارند.

7. Unit #7. Horizontal axis Francis turbine

این توربین‌ها عمدتاٌ با رانرهایی با قطر کمتر از 1.8 متر بکار می روند. برای به‌کارگیری این توربین‌ها به هد خالص بین 20 تا 100 متر نیاز دارند و در محدوده‌ی توانی حداکثر تا 12MW به‌کار گرفته می‌شوند. در بیشتر کاربردهایی که از این نوع توربین استفاده شده است، توان خروجی کمتر از 5MW بوده است.

8. Unit #8. Horizontal axis, double runner Francis turbine

در برخی از سایت‌ها که هد نیروگاه برای نصب یک رانر بسیار کم است، برای افزایش سرعت رانر از این نوع توربین استفاده می شود. در بیشتر کاربردهای به‌کار رفته، توان این نوع توربین کمتر از 5MW بوده است . اصولاٌ این نوع توربین در محدوده‌ی توان 1MW تا 15MW و ارتفاع یا هدهای 15 تا 100 متر به‌کار می‌روند.

9. Unit #9. Vertical axis “Saxo” axial flow Kaplan turbine

تا کنون تعداد بسیار کمی از این نمونه توربین ساخته شده‌اند. در این نمونه توربین، با افزایش میزان فلو، راندمان توربین افت می کند که در نتیجه باید از رانری با قطر بزرگ‌تر در این موارد استفاده شود

[M!Zare 48037]

سلام مریم جان

والا من یه جزوه درمورد توربینها داشتم پیداش نمیکنم

اگه پیدا کنم اونجا قشنگ دراین مورد توضیح داده بود باید بشینم برات تایپ کنم

ولی ایرادی نداره

پیداش کنم تایپ هم میکنیم

فعلا بگردیم ببینیم تو نت درمورد درخواستت چی هست اونم بعدا تقدیم میکنیم

دی:

سلام.شما خیلی بیشتر از اون چیزی که میخواستم توضیح دادید:icon_gol:

ولی اگر مایل باشید این عوامل رو بصورت مقایسه ای بررسی کنیم؟

اینطور که من متوجه شدم.کاویتاسیون در کاپلان کمتر است.احتمالا بعدش میشه فرانسیس و سپس چرخ پلتون؟

تغییرات هد هم که همیشه ابتدا هد پلتون است.سپس فرانسیس و سپس کاپلان

تعمیرات کاپلان ساده تر است؟بعد فرانسیس و سپس پلتون؟

[spow 44197]

سلام.شما خیلی بیشتر از اون چیزی که میخواستم توضیح دادید:icon_gol:

ولی اگر مایل باشید این عوامل رو بصورت مقایسه ای بررسی کنیم؟

اینطور که من متوجه شدم.کاویتاسیون در کاپلان کمتر است.احتمالا بعدش میشه فرانسیس و سپس چرخ پلتون؟

تغییرات هد هم که همیشه ابتدا هد پلتون است.سپس فرانسیس و سپس کاپلان

تعمیرات کاپلان ساده تر است؟بعد فرانسیس و سپس پلتون؟

 

باشه عزیز

فعلا اینو دانلود کنید جواب خیلی از سوالاتون توش هست درمورد نیروگاههای ابی وانواع توربین درنیروگاههای ابی

منم یه مطالعه اجمالی داشته باشم وبهتر درخدمتتون باشم

[M!Zare 48037]

باشه عزیز

فعلا اینو دانلود کنید جواب خیلی از سوالاتون توش هست درمورد نیروگاههای ابی وانواع توربین درنیروگاههای ابی

منم یه مطالعه اجمالی داشته باشم وبهتر درخدمتتون باشم

بسیار عالی بود:icon_gol:

[امید سلامت 13]

باشه عزیز

فعلا اینو دانلود کنید جواب خیلی از سوالاتون توش هست درمورد نیروگاههای ابی وانواع توربین درنیروگاههای ابی

منم یه مطالعه اجمالی داشته باشم وبهتر درخدمتتون باشم

با سلام و خسته نباشید.موضوع پایان نامه من در مورد توربین های کاپلان هستش.ممنون میشم که مطالبی در حد پایان نامه و جامع به من ایمیل کنین.در ضمن من چیزی ندیدم که دانلود کنم.به هر حال ممنون از زحمات

[مجیدرحیمی 1695]

باشه عزیز

فعلا اینو دانلود کنید جواب خیلی از سوالاتون توش هست درمورد نیروگاههای ابی وانواع توربین درنیروگاههای ابی

منم یه مطالعه اجمالی داشته باشم وبهتر درخدمتتون باشم

 

مهندس جان چیزی برای دانلود نیست