دو نوع اصلی توربین های برق آبی وجود دارد: واکنشی و ضربه ای.
نوع توربین نیروگاه آبی انتخاب شده برای یک پروژه بر اساس ارتفاع آب ایستاده – که به آن “سر” گفته می شود – و جریان یا حجم آب در طول زمان در محل است. سایر عوامل تعیین کننده عبارتند از اینکه توربین چقدر باید تنظیم شود، راندمان توربین و هزینه. در اینجا تعدادی از پرکاربردترین توربین های امروزی در ایالات متحده آورده شده است.
توربین برق آبی واکنشی
یک توربین واکنش از ترکیب نیروهای فشار و آب متحرک نیرو تولید می کند. یک رانر مستقیماً در جریان آب قرار می‌گیرد و به آب اجازه می‌دهد تا روی تیغه‌ها جریان پیدا کند نه اینکه به هرکدام به طور جداگانه ضربه بزند. توربین‌های واکنش عموماً برای مکان‌هایی با هد پایین‌تر و جریان‌های بالاتر استفاده می‌شوند و رایج‌ترین نوع مورد استفاده در حال حاضر در ایالات متحده هستند.
دو نوع متداول توربین واکنش پروپلر (از جمله کاپلان) و فرانسیس هستند. توربین های جنبشی نیز نوعی توربین واکنش هستند.
توربین برق آبی پروانه ای
یک توربین پروانه ای به طور کلی دارای یک رانر با سه تا شش پره است. آب به طور مداوم با تمام تیغه ها تماس می گیرد. پروانه قایق را در حال حرکت در لوله تصور کنید. از طریق لوله، فشار ثابت است. اگر اینطور نبود، دونده از تعادل خارج می شد. گام تیغه ها ممکن است ثابت یا قابل تنظیم باشد. اجزای اصلی به غیر از رانر عبارتند از یک محفظه طومار، گیت های ویکت و یک لوله کشش. انواع مختلفی از توربین های پروانه ای وجود دارد:
توربین برق آبی حباب
توربین و ژنراتور یک واحد آب بندی هستند که مستقیماً در جریان آب قرار می گیرند.
نسبت ظرفیت توان بی نظیر برای سرهای پایین
جنرال الکتریک با بیش از 300 واحد لامپ نصب شده در سراسر جهان، تخصص در طراحی، ساخت، نصب، راه اندازی و مدیریت پروژه های پیچیده لامپ را برای طیف وسیعی از شرایط محیطی به ارمغان می آورد.
اصطلاح “لامپ” شکل محفظه ضد آب در بالادست را توصیف می کند که حاوی یک ژنراتور واقع در یک محور افقی است.
دوندگان
پیکربندی دونده برای بهینه سازی یک واحد توربین برای هر پروژه فردی بسیار مهم است. GE می تواند به بهینه سازی هر واحد برای حداکثر عملکرد در محیط خود کمک کند.
خط شفت و بلبرینگ
دو یاتاقان شعاعی پایداری خط شفت افقی را در حالی که توربین در حال کار است تضمین می کند.
طراحی ژنراتور پیشرفته
جنرال الکتریک توربین های ما را مهندسی می کند تا از قابلیت اطمینان در طیف وسیعی از محیط ها و شرایط عملیاتی اطمینان حاصل کند. آنها برای رسیدگی به شرایطی مانند گرد بودن و تمرکز شکاف هوا توسعه یافته اند و با موفقیت در واحدهای لامپ تا 60 MVA استفاده شده اند.
دروازه پایین جریان
یک دریچه لوله کششی سیستم حفاظتی قابل اعتمادی را برای واحدهای لامپ تضمین می کند، که ارائه می دهد:
- محافظت در برابر شرایط فرار
- جداسازی پایین دست در هنگام آبگیری واحد
- عملیات دریچه
توسعه و ساخت و ساز کارآمد
برای اطمینان از ساخت سریع و کارآمد، ما یک فرآیند ساده را توسعه داده ایم که در آن سیستم های زیر به طور همزمان مونتاژ می شوند:
- روتور، استاتور و دماغه لامپ در گودال بالادست.
- توپی رانر، پره ها، مخروط توربین و تخلیه رانر در گودال پایین دست.
- لوازم جانبی توربین.
توربین برق آبی Straflo
ژنراتور مستقیماً به محیط توربین متصل می شود.
توربین لوله
پنستاک درست قبل یا بعد از رانر خم می شود و امکان اتصال مستقیم به ژنراتور را فراهم می کند.
توربین برق آبی کاپلان
هم تیغه ها و هم دریچه های ویکت قابل تنظیم هستند که امکان عملکرد وسیع تری را فراهم می کند. این توربین توسط مخترع اتریشی ویکتور کاپلان ساخته شده است
در سال 1919
عملکرد عالی در طیف وسیعی از برنامه های کاربردی
توربین‌های کاپلان با یک سیستم تنظیم دوگانه، راندمان بالایی را در طیف گسترده‌ای از تنظیمات ارائه می‌کنند.
پیکربندی عمودی توربین کاپلان اجازه می دهد تا قطر دونده بزرگتر (بالاتر از 10 متر) و افزایش توان واحد را در مقایسه با توربین های حباب دار داشته باشد.
توربین های کاپلان ما نیز محیط زیست را در نظر دارند. با ساختار “ماهی پسند” برای بهبود میزان بقای گونه های مهاجر و یاتاقان های روغن کاری شده با آب و هاب های پر از آب برای جلوگیری از آلودگی آب طراحی شده است.
هاب های بدون روغن
توربین‌های کاپلان ما با هاب‌های بدون روغن ساخته می‌شوند که در آن روغنی که به طور سنتی توپی را پر می‌کرد با آب جایگزین شده است و همه برس‌ها از مواد خود روان‌شونده ساخته شده‌اند. این امر خطر نشت روغن در آب را از بین می برد.
توربین های دوستدار ماهی
سدهای برق می توانند از حرکت ماهیان مهاجر جلوگیری کنند، به طوری که ماهیان مهاجر پایین دست در معرض استرس فیزیکی یا آسیب قرار می گیرند. ما مطالعات گسترده‌ای را برای توسعه معیارهای توربین سخت‌گیرانه انجام داده‌ایم تا به طور چشمگیری تأثیر بر ماهی‌های مهاجر را کاهش دهیم.
توربین برق آبی فرانسیس
توربین فرانسیس اولین توربین برق آبی مدرن بود و توسط مهندس بریتانیایی-آمریکایی جیمز فرانسیس در سال 1849 اختراع شد. آب درست بالای دونده و اطراف آن وارد می شود که سپس از بین می رود و باعث چرخش تیغه ها می شود. علاوه بر رانر، سایر اجزای اصلی شامل یک محفظه طومار، دروازه‌های ویکت و یک لوله کشش است. توربین‌های فرانسیس معمولاً برای موقعیت‌های با سر متوسط تا بالا (130 تا 2000 فوت) استفاده می‌شوند، اگرچه برای سرهای پایین‌تر نیز استفاده شده‌اند. توربین های فرانسیس در هر دو جهت افقی و عمودی به خوبی کار می کنند.
گسترده ترین طیف برنامه های کاربردی موجود
توربین های فرانسیس با حدود 60 درصد ظرفیت جهانی انرژی آبی در جهان، پرمصرف ترین نوع توربین آبی هستند. جنرال الکتریک به طور مداوم در تحقیق و توسعه سرمایه گذاری کرده است تا کارایی توربین را افزایش دهد و پیشرفت های محصول خاصی را برای بهبود عملکرد ماشین توسعه دهد.
جنرال الکتریک نصب های متعددی از توربین های فرانسیس با خروجی تا 800 مگاوات را با موفقیت به پایان رسانده است، از جمله یکی از بزرگترین توربین های فرانسیس که تا کنون ساخته شده است – هر کدام با قطر دونده 10 متر و وزن بیش از 450 تن.
توربین های فرانسیس بسیار قادر به حفظ تنش مکانیکی بالا ناشی از هد بالا هستند.
دوندگان
پیکربندی Runner را می توان به گونه ای تنظیم کرد که بالاترین سطح کارایی را در کل محدوده کاربرد آن به دست آورد.
دروازه حلقه
نتیجه تمرکز ما بر تکامل محصول، جنرال الکتریک راه حل دروازه حلقه ای را توسعه داد، استوانه ای که بین پره های ثابت و پره های راهنما حرکت می کند که می تواند جایگزین دریچه های پروانه ای یا کروی سنتی شود. این فناوری منجر به کاهش هزینه های نگهداری و افزایش ایمنی می شود و در عین حال کارایی کارخانه را افزایش می دهد.
بلبرینگ
یکی از اجزای مکانیکی حیاتی نیروگاه‌های آبی، بلبرینگ‌های ما شامل به‌روزترین فناوری‌ها هستند:
- یاتاقان های آبی که کارایی کلی را افزایش می دهند، نسبت به محیط زیست آگاه هستند و هزینه های عملیاتی را به حداقل می رسانند
- تکیه گاه های غشای رانشی که تلفات اصطکاک را به حداقل می رساند و ایمنی را در عملیات بهبود می بخشد
- بلبرینگ های خود پمپاژ که هزینه های عملیاتی را به حداقل می رساند و قابلیت اطمینان و ایمنی را افزایش می دهد
برنامه های نوسازی
نیروگاه های برق آبی قدیمی مستقیماً از تلاش های مداوم ما برای افزایش راندمان، خروجی و ایمنی توربین های فرانسیس سود می برند. برنامه های نوسازی ما عملکرد کلی را بهبود می بخشد، راه حلی بسیار رقابتی برای افزایش تولید سود ارائه می دهد.
توربین برق آبی جنبشی
توربین‌های انرژی جنبشی که توربین‌های جریان آزاد نیز نامیده می‌شوند، الکتریسیته را از انرژی جنبشی موجود در آب جاری تولید می‌کنند تا انرژی بالقوه از سر. این سیستم ها می توانند در رودخانه ها، کانال های مصنوعی، آب های جزر و مدی یا جریان های اقیانوسی کار کنند. از آنجایی که سیستم‌های جنبشی از مسیر طبیعی یک جریان آب استفاده می‌کنند، نیازی به انحراف آب از طریق کانال‌های مصنوعی، بستر رودخانه‌ها یا لوله‌ها ندارند، اگرچه ممکن است در چنین مجاری کاربرد داشته باشند. سیستم‌های جنبشی به کارهای عمرانی بزرگ نیاز ندارند زیرا می‌توانند از سازه‌های موجود مانند پل‌ها، عقب‌نشینی‌ها و کانال‌ها استفاده کنند.
توربین برق آبی ایمپالس
یک توربین ضربه ای معمولاً از سرعت آب برای حرکت دونده و تخلیه در فشار اتمسفر استفاده می کند. یک جریان آب به هر سطل به دونده برخورد می کند. بدون هیچ مکشی در سمت پایین توربین، آب پس از برخورد به رانر از پایین محفظه توربین خارج می شود. یک توربین ضربه ای به طور کلی برای کاربردهای با سر بالا و جریان کم مناسب است. دو نوع اصلی توربین ضربه ای پلتون و توربین های جریان متقابل هستند.
توربین پلتون
توربین پلتون توسط مخترع آمریکایی لستر آلن پلتون اختراع شد
در دهه 1870، یک چرخ پلتون دارای یک یا چند جت آزاد بود که آب را به یک فضای هوادهی تخلیه می کند و به سطل های یک دونده برخورد می کند. توربین های پلتون عموماً برای هدهای بسیار بالا و جریان های کم استفاده می شوند. لوله های کششی برای یک توربین ضربه ای مورد نیاز نیستند زیرا رانر باید بالاتر از حداکثر آب انتهایی قرار گیرد تا امکان کار در فشار اتمسفر را فراهم کند.
توربین های با کارایی بالا برای هدهایی از 200 تا 1800 متر
بر اساس تجربه میدانی گسترده، GE ماشین های شفت عمودی مجهز به جمع کننده های چند جت برای خروجی تا ~ 350 مگاوات و با قطر دونده تا 4 متر را ارائه می دهد.
ما توربین های پلتون تک یا دو راندل شفت افقی را با یک یا دو جت ارائه می دهیم. این توربین ها با کمترین دبی به صورت اقتصادی کار می کنند.
دوندگان
طراحی دونده پلتون Hooped که توسط GE ثبت شده است، با سطل هایی که توسط دو حلقه مجزا پشتیبانی می شوند، استرس را در تثبیت سطل به حداقل می رساند، هزینه های بازرسی و نگهداری را کاهش می دهد و در دسترس بودن کارخانه را افزایش می دهد.
پوشش سخت سوخت اکسی با سرعت بالا (HVOF).
فناوری پوشش سخت Oxy Fuel با سرعت بالا برای دوندگان پلتون مناسب است. این پوشش به صورت مکانیکی بر روی تمام سطوح اسپری می شود تا سایش و خستگی کاهش یابد. تکنیک کاربرد یک پوشش با چگالی بالا با قابلیت اتصال قوی ایجاد می کند.
مهندسی هیدرولیک
جنرال الکتریک دینامیک جریان را برای تنظیم پیکربندی توربین در مناطقی که مستعد فرسایش هستند با کمک ابزارهای شبیه‌سازی دیجیتالی که اثرات سایش سیلت بر عملکرد توربین را پیش‌بینی می‌کنند، تجزیه و تحلیل می‌کند.
توربین برق آبی جریان متقاطع
توربین جریان متقاطع اصلی توسط آنتونی میشل، مهندس اتریشی، در اوایل دهه 1900 طراحی شد. بعدها، Donát Bánki، مهندس مجارستانی، آن را بهبود بخشید و توسط مهندس آلمانی Fritz Ossberger، حتی بیشتر بهبود یافت. یک توربین جریان متقاطع به شکل درام است و از یک نازل مقطع مستطیلی دراز که در برابر پره های منحنی روی یک رانر استوانه ای شکل قرار دارد استفاده می کند. شبیه دمنده “قفس سنجاب” است. توربین جریان متقاطع اجازه می دهد تا آب دو بار از میان پره ها عبور کند. در اولین گذر، آب از بیرون تیغه ها به داخل جریان می یابد. پاس دوم از داخل به عقب می رود. یک پره راهنما در ورودی توربین جریان را به قسمت محدودی از رانر هدایت می کند. توربین جریان متقاطع برای تطبیق جریان‌های آب بزرگتر و هدهای پایین‌تر از آن چیزی که پلتون قادر به تحمل آن است، ساخته شد.
پمپ هیدروتوربین – پاسخ سریع به نوسانات در تقاضای برق
انرژی های تجدیدپذیر جنرال الکتریک با مجموعه گسترده ای از فناوری های اثبات شده خود، قادر است راه حلی متناسب با نیازهای خاص مشتریان خود در محیط های مختلف ارائه دهد.
انرژی تجدیدپذیر جنرال الکتریک با مجموعه وسیعی از 30 مگاوات تا 400 مگاوات در هر واحد با هد تا 1000+ متر، یک توربین پمپ دارد که متناسب با پیکربندی هر سایت باشد. زمان‌های راه‌اندازی سریع فقط 90 ثانیه تا حداکثر 400 مگاوات امکان افزایش تعداد شروع و توقف روزانه را فراهم می‌کند و انعطاف‌پذیری و در دسترس بودن را افزایش می‌دهد.
مشخصات محصول برق آبی
راه حل های کارآمد و قابل اعتماد ما ارائه می دهد:
- تنظیمات نیروگاهی که امکان برچیدن توربین از بالا، پایین یا وسط گودال را فراهم می کند.
- یاتاقان های خود پمپاژ، یاتاقان های روغن کاری شده با آب، و یاتاقان های سنتی روکش فلزی روغن کاری شده با روغن
- انواع پیکربندی های سیستم کنترل حاکم
- انتخاب گسترده ای از شیرهای ورودی
- واحدهای گریز از مرکز دو و چند مرحله ای برای هدهای بالای 700 متر
