РЕКЛАМНА ПУБЛИКАЦИЯ

CINK Hydro Energy k.s., Списание Енерджи ревю - брой 2, 2010

РЕКЛАМНА ПУБЛИКАЦИЯ CINK Hydro Energy k.s.



ПРОТОЧНА ВОДНА ТУРБИНА СИСТЕМА ОСБЕРГЕР

Проточните водни турбини се разработват съобразно работните условия, определени от мястото на ВЕЦ (пад /дебит).

Прост принцип на работа – това е мотото при разработването на проточните водни турбини, които са предназначени за надеждна и непрекъсната работа в продължение на няколко десетилетия и могат да бъдат експлоатирани без специални средства и инструменти за поддръжка. Инсталирането и пускането в експлоатация е лесно дори за непрофесионалисти.

Област на приложение на турбината

? Пад : H = 3… 200 м

? Дебит: Q = 0,03… 13 м?/сек

? Мощност: N = 5… 3 000 кW

Принцип на работа на проточната турбина Осбергер

Проточната водна турбина е радиална, леко реактивна турбина за средни падове с тангенциално инжектиране на водата към лопатките на работното колело и хоризонтален вал. Поради специфичните си обороти тя се причислява към бавноходните турбини. Водният поток се регулира с направляващ механизъм, така че водата се подава към външния ръб на лопатките, преминава през тях във вътрешното пространство на работното колело и след това, протичайки повторно през лопатките в посока от вътрешността на работното колело навън, изтича в зоната под работното колело на турбината. След работното колело водата изтича свободно или през смукателна тръба във водобойния кладенец под турбината.

рис.1 С хоризонтално подаване на водата

рис.2 С вертикално подаване на водата

На практика, протичането на водата през работното колело има самопочистващ ефект. Всякакви боклуци, които могат да попадат между лопатките, когато водата влиза в работното колело, само след половин негов оборот под действието на центробежните сили и от протичащата вода, отново се изтласкват извън работното колело и след това се отмиват към водобойния кладенец.

Когато водното количество на оттока е силно променливо, проточната турбина се разработва като двукамерна. Разделянето на двете камери стандартно е в съотношение 1:2. Малката камера работи при малки водни количества, а по-широката - при средните водни количества. Двете камери заедно обработват сумарното водно количество. Благодарение на това разпределение се използват водни количества от максималния дебит на турбината до 1/6 от него и то при оптимална ефективност. По този начин проточните турбини работят с много висока ефективност, дори на реки със силно променлив отток, т.е. с КПД по-висок от 80%.

Ефективност на турбината /графики на КПД/

рис.3 Графиката на КПД на проточните турбини се състои от 3 криви, получени по време на регулирането с разделените в съотношение 1:2 клапи, в сравнение с графиката на турбина Францис.

Максималната ефективност на проточните турбини за ниски падове (напори) и мощности достига до 84% при пълен разход. При средни и големи турбини и на високи падове (напори), максималната ефективност достига 87%.

На рисунка 3 са показани предимствата на проточните турбини при различни режими и натоварвания. Често речният отток е много малък в продължение на няколко месеца през годината. По време на месеците с малък отток, способността на една турбина да произвежда електроенергия зависи от характеристиката на ефективността на съответния вид. Турбините достигащи висока ефективност при нормални условия обикновено имат ниска ефективност по време на малките води и постигат по-ниско годишно производство при места с променлив воден дебит от турбините с плоска крива на ефективност.

Направляващи дефлектори

В двукамерната проточна турбина, потокът вода се управлява чрез два профилирани дефлектора, динамично балансирани. Дефлекторите разделят водния поток, балансират го и го подават към работното колело без удар, независимо от широчината на камерата. И двете ротиращи лопатки са поставени точно в камерите на турбината и при неголеми напори могат да служат като затворни органи на турбината. Тогава не е необходимо да се използва друг затворен орган между напорния тръбопровод и турбината. Двата дефлекторa за регулиране независимо един от друг са оборудвани с индивидуални рамена, към които се свързва автоматичното и ръчно управление. Регулиращите дефлектори са поставени в самосмазващи се втулки и не изискват каквото и да било техническо обслужване. Чрез свързаните тежести в края на рамената, клапите могат да се затворят гравитачно, при спиране на турбината.

Корпусът на проточните турбини се изготвя от конструктивна стомана и е масивен, устойчив на удари и обледяване.

рис.4 Конструкция на двукамерната проточна турбина

Работно колело

Работното колело е най-важната част на турбината. То е оборудвано с лопатки, които са изготвени от специално профилирана и полирана стомана, според доказани в практиката и утвърдени методи. От двата си края лопатките се поставят и заваряват в два крайни диска и са заварени към други вътрешно разположени дискове по специални методи. В зависимост от големината, работното колело има до 37 броя лопатки. Линейно скосените лопатки не създават големи осови сили и затова няма необходимост от поставяне на усилени аксиално/радиални лагери, с тяхното сложно закрепване и смазване. При работните колела с голяма широчина лопатките многократно се укрепват с междинни дискове. Работните колела преди окончателното сглобяване на турбините се балансират и преминават пълен дефектоскопичен контрол.

Лагери

Проточните турбини се оборудват със стандартни, самонагаждащи се ролкови лагери, които дават няколко от предимствата на тези водни турбини: като например ниското съпротивление на търкаляне и лесното техническо обслужване. Конструкцията на лагерните тела е така направена, че не позволява проникване на вода към лагерите, както и обратното - да попадат греси в протичащата през турбината вода. Това е важно качество на патентованите конструкции лагерни тела на нашите турбини. Едновременно с това, работното колело се центрира в тялото на турбината, с помоща на лагерните тела. Това практично техническо решение прави ненужна техническата поддръжка на уплътнителните елементи. Освен ежегодна смяна на греста не се изисква никаво друго техническо обслужване. Прилаганото техническо решение позволява и лесна подмяна на работното колело, без демонтаж на турбината.

Смукателна тръба

По принцип проточната турбина е турбина със свободно изтичане на водата. В случаите при средни и ниски падове се изисква смукателна тръба. Нейното предназначение е да не се допусне наводняване на машинната зала и едновременно с това да се използва целия пад, без загуби. При турбините със свободно изтичане на водата в широк диапазон на приложение, водния стълб в смукателната тръба трябва да се контролира. Това се осигурява чрез настройващи се въздушни клапани, които оказват влияние на разреждането под работното колело на турбината. По този начин турбини със смукателна височина от 1 до 3 метра може да се използват по най-добрия възможен начин, без опасност от кавитация. Освен това, поставянето на смукателна тръба в качеството на стоманен колектор, значително намалява разходите за съоръжението при ниските падове (напори) и така много проблемни проекти стават изгодни по цена.

Експлоатационни предимства

В проточните турбини, наша конструкция, отсъства кавитацията. Така отпада необходимостта от разполагане на работното колело под долното водно ниво и свързаните с това разходи за строителство, а също така изчезват и редица експлоатационни недостатъци.

За падове до 90 м при производството на турбините се използва стандартна конструктивна стомана. За падове от 90 – 120 м работното колело се изработва от високо якостна неръждаема стомана. За падове над 120 метра турбината винаги се изработва от неръждаема стомана, включително корпуса и детайлите на тръбопроводите.

Обичайно оборотите на проточните турбини са 2–3 пъти по-високи от номиналните обороти. Това позволява да се използват генератори серийно производство.

Икономически предимства

Нарастващото уважително отношение на хората към околната среда, засилва потребността на обществото да използва природните сили без излишно обременяване на околната среда: например, по пътя на производството на електроенергия от възстановяеми източници. Често строителството на ВЕЦ се ограничава от важни фактори: високи инвестиционни разходи свързани с проектиране и планиране, разчети, конструкции, а така също и от осигуряване на строителни машини и механизация.

Затова инженерите - консултанти и конструктори на турбини, се стремят да намалят общите разходи по пътя на стандартизацията на водните турбини. Този път е подходящ за големите турбини, но за малките водни турбини това предизвиква проблеми при разчетите, отнасящи се до пада и диапазона на изменение на разхода на вода в течение на годината.

рис.5 Област на приложение

Нашите конструкции проточни турбини се изработват от стандартнизирани детайли, които в зависимост от дебита на водата и височината на пада, определени за мястото на МВЕЦ, се поръчват по задание на клиента, като пълен комплекс от оборудване. Такава модулна система позволява да се реализира изгодно ценово предложение, като едновременно с това се осигуряват всички функции, определени в проекта.

Проточните турбини се отличават с дългогодишен срок на работа и не изискват техническо обслужване. По време на експлоатацията те не се нуждаят от каквито и да било скъпи и сложни резервни части, а необходимите ремонти в повечето случаи могат да се извършат пряко на мястото на инсталиране. Специфичните преимущества на проточните турбини правят възможно тяхното използване в гравитачни системи за питейно водоснабдяване. Те могат да се монтират на много дълги деривационни вододоставящи тръбопроводи, като не предизвикват нежелателни водни удари по време на експлоатацията и по такъв начин не предизвикват опасности и влошаване на качествата на питейната вода. Това беше изпробвано успешно от нашата фирма в много страни по света.



Top