مقاله هیدرولیک و کنترل هیدرولیک توربین نیروگاه شهید رجایی

دانلود مقاله هیدرولیک و کنترل هیدرولیک توربین نیروگاه شهید رجایی

مقدمه و تاریخچه

هیدرولیک علم استفاده از مایع محدود، برای انتقال نیرو و حرکت و یا تبدیل منبع قدرت به نیروی قابل استفاده می باشد و هیدرولیک صنعتی یعنی انتقال دادن و فرمان دادن به نیروها و حرکات توسط مایع.

از زمانهای قدیم، هیدرولیک مورد استفاده بشر بوده و مصریها ظاهراً در این کار پیش قدم بوده اند و آنها وسیله ای ساخته یودند که توسط آن بتوانند آب رودخانه نیل را به ارتفاع بالاتری ببرند و مزارع خود را آبیاری کنند.

کلمه هیدرولیک (Hydroulics) یک کلمه یونانی است و از کلمه Hydros به مفهوم آب گرفته شده. ارشمیدس مهندس و ریاضیدان قدیم یونان، مطالعات زیادی در هیدرولیک داشت و وسیله ای برای پمپاژ آب اختراع کرد که هم اکنون آن را مارپیچ ارشمیدس می نامند.

در قرن شانزدهم میلادی دانشمند ایتالیایی به نام تریچلی، سپس صد سال بعد پاسکال دانشمند فرانسوی نیز به وسیله نیروی هیدرولیک و استفاده از آن پرداختند، بطوریکه هم اکنون قانون موسوم به پاسکال پایه هیدرولیک جدید است، به دنبال پاسکال دانشمند و طراحان و مهندسین در طی سالهای بعد تاکنون در پیشبرد این علم همت گماشتند و هم اکنون در اغلب شاخه های علوم و فنون جدید دامنه کاربرد این علم گسترده تر شده و استفاده از اصول و مبانی هیدرولیک مهندسی را بر آن داشته تا از قدرت هیدرولیک، جهت کنترل پروسسهای صنعتی و اتوماسیون کارخانجات، استفاده های شایانی بنمایند و گسترش و اهمیت این علم بدان جا رسید که علم و صنعت و تکنولوژی بدون این علم قابل تصویر نیست.

سیستم های کنترل هیدرولیکی در صنعت جدید مورد استفاده فراوان پیدا کرده، این گونه کنترل کننده ها بیشتر در جاهایی که عمل کننده ها (Actvators) احتیاج به قدرت زیادی جهت تغییرات در پروسس دارند، بکار می روند. قسمت اصلی این کنترل کننده ها بخش سر و موتور آن می باشد. تغییر مکانی که ناشی از پارامتر ورودی است، پیستون ها از مقابل شیارهای متصل به پیستون بزرگتر عمل کننده کنار رفته و پیستون و عمل کننده حرکت خواهد کرد.

هیدرولیک علمی است که کاربرد آن در صنایع سبک و سنگین قابل شایان است که می توان با اعمال نیروی ناچیز دست عکس العمل چندصد برابر را داشته که مثال ساده آن را در اهرمها، جکهای اتومبیل و یکی از مهمترین کاربردهای علم هیدرولیک را می توان در صنایع سنگین از جمله در کارخانجات، اتومبیل ها، جرثقیل ها و نیروگاهها نام برد که در این رساله در مورد سیستم هیدرولیک در نیروگاهها به تفضیل بحث خواهیم نمود.

علم انرژی، هیدرولیک

1-1-علم، صنعت و تکامل آنها

برای بررسی تکاملی وسایل و ماشین ها باید به کندوکاو در تاریخچه پیدایش آنها پرداخت و لازمه این امر کاوش در تاریخ آن رشته از صنعت است. این مساله خود بررسی تاریخ علوم و در جوار آن صنعت را می طلبد که بستگی به نیازهای جوامع بشری دارد. بررسی هر آلت صنعتی اولیه با بررسی عصر زندگی و نیازهای آن دوره مترادف می باشد. چنانکه آتش با زندگی انسان های اولیه و ماشین بخار با زندگی رو به صنعتی قرن هجدهم مترادف است.

امروزه مساله ایجاد تعادل بین آنچه که زاده نیازهای اقتصادی و اجتماعی است از یک سو و تکامل ذاتی دانش از سوی دیگر سخت مطرح می باشد. این موضوع به قدری برای آینده کشورها اهمیت دارد که هیچ ملتی اگر علم را به طریق مثبت و برنامه ریزی شده به کار نگیرد نخواهد توانست موقعیت خود را حفظ کرده و یا بهبود بخشد، بخصوص در قرن اخیر که عصر علم، تکنولوژی و گفتگو می باشد. بنابراین به احتمال خیلی قوی ترقی علم و افزایش کاربرد اجتماعی آن در آینده تابع سیری تعلقی تر و غیراتفاقی تر نسبت به گذشته خواهد بود.

علم صرفاً وقتی کامل و مفید است که به مدلولش عمل شود. کار علم فقط اندیشه

نیست، فکری علمی محسوب می شود که مدام به سوی عمل کشیده شود و دائماً در عمل تازگی و طراوت بیابد.

به همین دلیل ضروری است که علم را با فن مقایسه نمود. مطالعه علم تاریخ علم نشان می دهد که کراراً جنبه ها و رشته های نوین علمی از ورای عمل و فعالیت پدیدار می گردد و پیشرفت های تازه تر علم به نوبه خود رشته های جدیدی را به فن و عمل می افزاید.

و بجاست در اینجا ذکر کنم که یکی از علل پیشرفت برخی کشورهای آسیایی مثل ژاپن و کره جنوبی مترادف بودن علم و عمل می باشد چرا که این کشورها بجایی رسیده اند که شرکتهای بزرگ آنها (MHI) به ساخت توربینهای بخار با مگاواتهای بالا 250MW در ژاپن و کره جنوبی با ساخت توربین و ژنراتور برای نیروگاه های هسته ای با کشورهای غربی رقابل می کنند.

تأثیر علم و فن در جامعه به دو طریق صورت می پذیرد: نخست ایجاد تحول در روش های تولیدی و دوم تأثیر مستقیم ولی خفیف تر که از طریق اکتشافات نوین و اندیشه های جدید به انجام می رسد.

2-1- انرژی و انتقال

شناخت دقیق انرژی و صور گوناگون آن به دانشمندان این امکان را داد تا در جستجوی طریق پیشرفته تر و مناسب تر استفاده از انرژی باشند. بررسی فیزیکی و مکانیکی از دیدگاه انرژی تحول بزرگی در تاریخ علوم بود. دانشمندانی چون پاسکال، ژول، کلوین، نیوتن، انیشتین و صدها دانشمند دیگر در این بررسی و شناخت سهم بزرگی داشته اند.

برای درک مفاهیم انرژی باید آنرا با ماده و در تکمیل آن مورد مطالعه قرار داد. انرژی ذاتی تمام مواد است و در اشکال گوناگون ظاهر می شود. انرژی صرفاً و به سادگی قابل تعریف نیست و ما آنرا به صورت مفهوم قبول می کنیم. قانون بقاء انرژی، قانون بقاء جرم (ماده) و بالاخره رابطه معروف جرم و انرژی که یکی از نتایج تئوری نسبیت انیشتین است مفهوم انرژی را دقیق تر بیان می کند.

بر اساس رابطه جرم و انرژی:

جرم قابل تبدیل به انرژی است و بالعکس. در این فرمول انرژی، جرم و سرعت نور می باشد. انرژی به صورت مختلف از جمله مکانیکی، هیدرومکانیکی، حرارتی، نورانی و غیره ظاهر می شود. تمام انواع انرژی قابل تبدیل به یکدیگرند. کار خود نوعی انرژی انتقالی است. برای انجام کار یک جسم باید نیروی به آن جسم اعمال شود و جسم تغییر مکان یابد. بر خلاف انرژی که در جسم می تواند ذخیره شود؛ کار را نمی توان در جسم ذخیره کرد.

نیروئی که باعث کار می شود نیز به طرق مختلف بر جسم اعمال می شود. اکثر روشهای اعمال نیرو بر اجسام در صنعت غیرمستقیم صورت می گیرد. اعمال نیرو به طور غیرمستقیم یا انتقال نیرو می تواند مکانیکی، الکترومکانیکی، الکتریکی پنوماتیکی و بالاخره هیدرولیکی باشد.

ساده ترین شکل انتقال نیرو به صورت مکانیکی، با قلم و چکش انجام می گیرد. نیروی عضلانی توسط شانه، آرنج، مچ به چکش و از آن به میله منتقل می شود. در این حالت مسیر حرکت مقدار معینی انرژی از نوسانی به خطی یک طرفه تبدیل می شود. (شکل 1-1)

اگر هدف تبدیل حرکت نوسانی به چرخشی باشد در این صورت مکانیزم میل لنگ بکار برده می شود (شکل 2-1). در این مکانیزم مقدار معین انرژی حامل گشتاور پیچشی توسط پین های رابط میل ها و راهنماها به حرکت رفت و برگشتی تبدیل می شود.

با جایگزینی موتور الکتریکی به جای میل لنگ عمل انتقال نیروالکترومکانیکی در ارتباط با جعبه دنده مکانیکی انجام می پذیرد (شکل 3-1). جریان الکتریکی ناشی از انرژی سینتیک (جنبشی) موجود در آب که توسط توربین و ژنراتور تولید شده است موتور الکتریکی را بکار می اندازد و این عمل سبب حرکت چرخشی می شود که به صورت انرژی مکانیکی از طریق محور و کوپلینک به جعبه دنده انتقال می یابد. بسته به نوع جعبه دنده می توان حرکتی چرخشی یا خطی و یا حرکت متغیر یا نامحدود را بدست آورد.

برای ایجاد شتابهای ناگهانی با روش های الکتریکی ترکیبی از اجزای الکتریکی مورد نیاز است. طرح انتقال نیروی الکتریکی (شکل 4-1) به مجموعه وارد لئونارد موسوم است. نیروی ورودی، موتور سه فازی را بکار می اندازد و این به نوبه خود ژنراتور جریان مستقیم (DC) که منبع تغذیه یک موتور سیم پیچی شده با سرعت متغیر و جریان مستقیم (DC) است، را به حرکت وا می دارد.

انتقال مکانیکی یا الکترومکانیکی در یک مسیر طولانی بر اثر خمش، پیچش، جابجائی اتصالات و غیره باعث ایجاد مشکلات می شود. انتقال نیروی الکتریکی نیز به علت در بر داشتن هزینه های زیادی استعمال کمی دارد.

انتقال نیروی پنوماتیکی (شکل 5-1) نسبتاً انتقال انعطاف پذیری است. ابتدا هوای اتمسفر توسط کمپرسور مکیده و فشرده می شود، هوای فشرده، سیستمی تاز خطوط لوله صلب یا نرم را تغذیه کرده و بوسیله انواع قطعات (شیرها) به مصرف کننده می رسد. نیروی پنوماتیک توسط موتورهای دورانی، محور گرد یا خطی (سیلندرها) به نیروی محرکه مکانیکی چرخشی، نوسانی یا خطی تبدیل می شود.

امکانات محدود تراکم هوا در کمپرسور و تراکم پذیری زیاد و پایین بودن سطح سیالیت (نرمی) هوا باعث ایجاد محدودیت هائی در بکارگیری نیروی پنوماتیک می گردد.

در انتقال انعطاف پذیری نیروهای بزرگ با استحکام و فشار زیاد انتقال نیروی هیدرولیکی (شکل 6) بار گرفته می شود.

سیال مناسبی که نرمی و خواص انتقال صنعتی خوبی دارد به پمپ راه می یابد سپس در نتیجه کار پمپ، انرژی می گیرد و به عنوان سیال تحت فشار به سیستم لوله ای داخل می شود. شیرها کار نظارت بر حد مجاز بارگیری سیستم، کنترل سرعت و تغییر مسیر حرکت – تا رسیدن انرژی سنتیک (جنبشی) سیال به مصرف کننده – را به عهده دارند. در طول مسیر بنا به علل مختلف افت هایی که در نهایت به صورت گرما – انرژی مبدل – به هوای بیرون منتقل می شوند رخ می دهد.

جدول (1) انواع روشهای انتقال نیرو و راندمان هر کدام را مقایسه می کند بررسی هائی که از انتقال نیرو به طرق مختلف به عمل آمد و عموماً در سطح ابتدائی قرار داشتند.

مقدمه:

سرعت شفت توربینی که در حال بهره برداری است بالا می باشد. شفت توربین توسط 6 یاتاقان ژورنال و یک یاتاقان تراست نگهداری می شود. روتور هم در داخل هر یاتاقان می چرخد.

جهت جلوگیری از اصطکاک بین یاتاقان و محور روتور، بایستی یاتاقانها روغنکاری شوند. محور روتور نباید روی یاتاقان مالیده شود (اصطکاک پیدا کند). در صورتیکه چنین اتفاقی رخ دهد اصطکاک ایجاد شده سطوح فلزی محور روتور و یاتاقانها را می ساید. جهت جلوگیری از ایجاد اصطکاک هر یاتاقان روغنکاری می گردد. روغن مورد نیاز توسط سیستم روغنکاری مهیا می گردد. اشکال آورده شده در ضمیمه (1) شمای کاملی از سیستم روغنکاری را نشان می دهد.

هدف از بکارگیری این سیستم، مهیا ساختن روغن تمیز با درجه حرارت مناسب و خنک نمودن یاتاقانهای ژنراتور و توربین می باشد که جهت تامین این امر از سیستم تصفیه روغن بنام OIL PURIFIER و سیستم خنک کن بنام کولر روغن استفاده شده است که اشکال نیز در ضمیمه (1) آورده شده است.

این سیستم در مواقع اضطراری روغن سیل ژنراتور را نیز تامین می نماید. روغن روغنکاری داخل همه یاتاقانهای ژورنال روی محور توربین وارد می گردد. این روغن به یاتاقان تراست هم به خوبی می رسد. در اثر چسبندگی روغن به محور روتور می چسبد و یک مقاومتی در مقابل جاری شدن از خود نشان می دهد که ویکسوزیته گویند. روغن در طول شفت در حال چرخش کشیده می شود. در بین محور بالشتکهای یاتاقان فیلمی از روغن (گوه ای شکل) تشکیل می گردد. توسط این فیلم روغن سطوح بالشتکهای یاتاقان از روتور جدا می گردد. فشار روغن در فضای بین روتور و بالشتکها زیاد می شود. در نتیجه بار یاتاقان توسط این فشار تحمل می شود. ضخامت این فیلم روغن محور روتور را کمی بلند می نماید. در اثر این گوه روغنی تماس فلز با فلز وجود نخواهد داشت بنابراین سایش وجود ندارد. بطور کلی این روغن توسط سه عدد پمپ که بر روی MAIN OIL TANL نصب گردیده اند بنام AOT و TOP و EOP تامین می شود که پمپ EOP پمپی اضطراری و Dc می باشد. همچنین از دور RPM2950 تا کارکرد نرمال توربین پمپی بنام MOP که روی روتور توربین می باشد تامین کننده این روغن جهت روغنکاری یاتاقانها و سرو موتورها می باشد.

پس از بیان سیستم کنترل الکتریکی توربین EHC لازم است در این بخش اشاره ای به سیستم کنترل هیدرولیکی توربین نیز بشود تا مبحث کنترل توربین کاملتر گردد.

سیستم کنترل هیدرولیک فوق شباهت زیادی با سیستم کنترل هیدرولیک اکثر نیروگاههای کشور دارد. این سیستم ابتدا از مسیرهای روغن خروجی از تانک شروع شده و پس از کنترل به محرک میرسد که این مسیر را به شرح زیر می توان بیان کرد: (به ضمیمه هیدرولیک مراجعه شود.

1-مسیر روغن HP: این مسیر از طریق پمپ اصلی توربین به دستگاههای حفاظتی و کنترل هدایت می گردد و دارای فشار معادل است شکل (1-5) مراجعه شود.

2-مسیر ر وغن کنترل HP: از این مسیر جهت تغذیه سیستم کنترل استفاده می گردد و دارای فشار است.

3-مسیر روغن Auto Stop: این مسیر روغن جهت تریپ های اضطراری بکار رفته است و دارای فشار است.

4-مسیر روغن کنترل TV: این مسیر جهت کنترل شیر کنترلی TV بکار رفته است.

5-مسیر روغن کنترل GV: این مسیر جهت کنترل شیر کنترلی GV بکار رفته است.

6-مسیر روغن کنترل ICV: این مسیر جهت کنترل شیر کنترلی ICV بکار رفته است.

7-مسیر روغن ایمپلر گاورنر: این مسیر روغن که از تبدیل سیگنال دور به فشار روغن در دستگاه ایپپلر گاورنر حاصل شده است جهت کنترل استفاده می شود.

8-مسیر روغن دستگاههای حفاظتی: از این مسیر جهت تحریک سیستم حفاظتی توربین بکار گرفته شده است. برای روشن شدن موقعیت شیرهای کنترلی توربین لازم است که دوباره بطور مختصر مسیر عبور بخار از شیرهای یاد شده و توربین را بیان کنیم.

بخار خروجی از بویلر ابتدا از شیر کنترلی TV و سپس از شیر کنترلی GV عبور کرده وارد توربین فشار قوی HP می گردد و پس از خروج در مسیر ری هیت قرار گرفته و بعد از بازیابی حرارتی از شیرهای RSV و ICV جهت کنترل عبور کرده وارد توربین های فشار متوسط و ضعیف گشته و نهایتاً روانه کندانسور می گردد.

شیرهای کنترلی یاد شده همگی نقش مهمی در چگونگی کار توربین دارند و انتهای سیستم کنترل هیدرولیک به این شیرها ختم می شود.

پس هدف از کنترل هیدرولیک کنترل کردن بخار ورودی به توربین جهت کنترل دور و بار توربین بین صورت مطلوب است.

عوامل دیگری که در این سیستم کنترل دخیل هستند عبارتند از گاورنر اصلی، گاورنر کمکی و محدود کننده بار و سیستم کنترل EHC که قبلاً به آن اشاره شده است (مبدل E/H) اوریفیس ها و شیرهای تثبیت فشار (ری لیف والو) شیرهای انتخابگر و شیرهای یکطرفه و دستگاههای تقویت کننده (سروموتورها) و ایمپلر گاورنر که قسمتی از آنها به عنوان عامل اصلی و قسمت دیگر آنها به عنوان عناصر واسطه ای عمل می کنند. بدین صورت که گاورنرهای اصلی و کمکی و محدود کننده بار و مبدل E/H هر کدام فشار روغنی را به سیستم کنترل اعمال می کنند و توسط عنصر واسطه ای شیر انتخابگر فرمان فشار روغن موثر را انتخاب می کند و با محرک شیر می فرستد. عناصر یاد شده فوق مطابق (شکل 2-5) با هم ارتباط داشته و بشرح زیر می باشند:

1-5-گاورنر اصلی (MAIN GOVERNOR):

گاورنر اصلی تشکیل شده از یک بدنه فلزی که در داخل آن مسیرهایی برای روغن تعبیه شده است و یک دم (بیلوز) جهت تقویت فشار وارده از روغن ایمپلرگاورنر و

یک تیغه فلزی که روی کاپ والو مسلط است و یک اهرم و فنر که تغییرات ناشی از اسپیدچنجر را روی کاپ والو اعمال می کند و یک ری لیف کاپ والو که در قسمت

تحتانی آن قرار دارد جهت تثبیت فشار برای حفاظت نشاندهنده ها در هنگامی که گاورنر اصلی عمل نمی کند استفاده شده است شکل (3-5) مراجعه شود. اصول کار گاورنر اصلی بدین صورت است که ابتدا توسط اسپیدچنجر یک مقدار تنظیمی داده می شود و از طرفی فشار روغن ایمپلر گاورنر توسط دم تقویت شده و تیغه فلزی را در یک وضعیت متعادل قرار می دهند. در این حالت کاپ والو روغن فشار قوی را به مقدار لازم تخلیه کرده و در نتیجه در مسیر روغن کنترل یک فشار روغن تولید می کند که این فشار روغن به سمت شیر انتخابگر روانه ساخته تا به محرک شیرهای کنترلی اعمال گردد، لازم به توضیح است که اسپیدچنجر هم بصورت دستی و هم از اطاق فرمان توسط موتور الکتریکی تغییر حالت پیدا می کند.

2-5-گاورنر کمکی: (AUXILARY GOVERNOR)

مطابق شکل (4-5) این سیستم شامل بیلوز (1) و فنر تنظیم کننده (2) و اهرم (4) و کاپ والو (3) و دیافراگم (6) و آکومولاتور (از نوع بیلوز دار) (8) می باشد.

تحریک این سیستم از نوع موتوری نبوده و دارای رله نوسان گیر و دمپ کننده است. این سیستم در حالت عادی کار واحد نه کنترل و نه محدود کننده بار است. بلکه فقط

لحظه ایکه بار از روی توربین برداشته شود و یا کاهش بار با شتاب بیشتر از 3% در ثانیه باشد عمل خواهد کرد. نقطه تنظیم گاورنر کمکی بالاتر از حد کاری گاورنر اصلی و اسپیدچنجر است. و اما سرعت ماکزیمم در حالت بی باری را تقریباً به دور استپیدچنجر گاورنر اصلی محدود می سازد. تغییر کوچک فشار ایمپلر باعث تغییر بزرگی متناسب با آن در گاورنر کمکی بوجود می آورد به همین دلیل سرعت پاسخ دهی این مکانیزم نسبت به گاورنر اصلی بسیار زیاد است.

شیر دمپ کننده که شامل کاپ والو دمپ کننده (11) و مطابق شکل است توسط نیروی فنر که بوسیله کنترل گاورنر کمکی به آن نیرو وارد می شود آنرا برروی نشیمنگاه خود نگه می دارد و در نتیجه این کار روغن کنترل گاورنر از سروموتور به درین را دمپ می کند و این زمانی صورت می گیرد که گاورنر کمکی توربین را کنترل می کند. بعلت وجود پاسخ سریع در هنگام قطع سریع بار فشار کنترل گاورنر کمکی بسرعت کاهش می یابد و روغن در اثر باز شدن کاپ والو به درین می رود و در نتیجه سبب می شود بسرعت سرو موتور شیر گاورنر را ببندد و از بالا رفتن سرعت توربین ممانعت کند.

فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد

تعداد صفحات این مقاله 53 صفحه

پس از پرداخت، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید

لینک دانلود ...