انواع توربین  آبی 1

طبقه بندی ماشین های هیدرو مكانیكی (توربین ها)

1. طبقه بندی براساس نوع جریان آب

2. طبقه بندی براساس عمل سیال

الف) توربین های ضربه ای به صورت Pelton ساخته می شوند وقتی انرژی حاصل از فشار آب در وهله اول به  انرژی جنبشی تبدیل شده و سپس آب در فشار اتمسفری پره های توربین را می چرخاند.

ب) توربین های واکنشی به صورت Kaplan ،Propeller ،Francis ساخته می شوند. در این حالت قبل از آن كه آب به پره ها برخورد کند در اثر نیروی واکنشی تنها قسمتی از انرژی آب به انرژی مکانیکی و الکتریکی تبدیل می شود.

توربین چرخ پِلتُن(Pelton Wheel Turbine)

این توربین برای سد با ارتفاع زیاد مناسب می باشد. این توربین شامل  دو توری است که در اطراف آن محفظه های سطحی (Bucket) قرار گرفته است. برای به حرکت درآوردن توربین و ایجاد انرژی جنبشی در آن نیاز به تزریق آب با فشار زیاد به سطل ها می باشد.

سطل ها از وسط به دو نیم مجزا هستند و آب پس از برخورد به مرکز آن به اطراف حرکت نموده و با مقدار 10 الی 15 در صد سرعت اولیه به مسیر برگشتی آب منتقل می شود.

برای بهره برداری بهینه از انرژی آب لازم است تا سرعت خروجی آب در حداقل مقدار ممكن باشد. به منظور افزایش قدرت توربین، مسیرهای کمكی (فازهای کمکی) دیگر در اطراف محیط چرخ توربین قرار می گیرد(ا الی 4 عدد).

البته افزایش بیش از حد فاز ها توصیه نمی شود، زیرا با افزایش فازها در جریان آب اغتشاش ایجاد می شود. در عوض می توان برای افزایش قدرت خروجی تعداد توربین ها را افزایش داد.

تنظیم سرعت توربین پلتُن

مقدار جریان آب خارج شده از نازل (شیپوره) توسط سوزن در انتهای شیپور کنترل می شود. با جلو رفتن سوزن شیپوره میزان حجم آب ورودی به توربین کم شده و سرعت توربین کاهش می یابد.

از طرف دیگر چون توربین پلتن به ژنراتور متصل است، بنابراین بایستی سرعت آن ثابت بماند. بنابراین علاوه بر کنترل حجم آب توسط سوزن شیپوره از انحراف دهنده نیز استفاده می شود. انحراف دهنده تمام یا قسمتی از آب را از مسیر آن به سمت توربین منحرف می آند.

توربین فرانسیس  (Francis Turbine)

توربین فرانسیس یک توربین واکنشی است یعنی این توربین از کل ارتفاع قابل دسترسی  (Head) قسمتی را به صورت انرژی فشاری و قسمتی را به صورت انرژی جنبشی استفاده می کند. این توربین برای سد با ارتفاع متوسط استفاده می شود، زیرا در توربین پلتن اگر ارتفاع کاهش یابد بایستی قطر توربین افزایش یابد که باعث کاهش سرعت توربین می شود که در نهایت توربین بلااستفاده شده و بایستی توربین فرانسیس به جای آن انتخاب گردد.

اجزای اساسی توربین فرانسیس به شرح زیر می باشند:

 تجهیزات پره های هدایت کننده: این پر ه ها در قسمت حلقه خارجی و ساکن توربین می باشند و وظیفه هدایت آب رابه سمت قسمت چرخان توربین دارند.

حلقه داخلی: این حلقه شامل پره های چرخان بر روی قسمت متحرک توربین می باشند.

در این توربین آب به صورت شعاعی وارد شده و از مرکز آن خارج می شوند. فشار آب خروجی در این حالت پایین می باشد و شانس ایجاد حفره وجود دارد. چون فشار آب خروجی در حد اتمسفر نمی باشد، بنابراین در طراحی توربین مسیری تعبیه می شود تا آب خروجی را به انتهای توربین هدایت نماید.

این کار متفاوت از توربین پلتن است که در آن آب خروجی فشار پائین به طور مستقیم به انتهای توربین سرازیر می شد. قطر مسیر لوله ای به تدریج افزایش یافته و در انتها در آب غوطه ور می شود تا از ورود آب به مسیر لوله ای اجتناب شود.

در توربین فرانسیس دو نوع ساختار به صورت عمودی و افقی ممکن است، وجود داشته باشد. نوع افقی متداول تر بوده و سرعت بالایی دارد، در صورتی که برای ماشین های بزرگ معمولاً نوع عمودی ترجیح داده می شود.

برای تنظیم میزان آب ورودی به این توربین، پر ه های هدایت کننده تعبیه شده اند که به موازات محور توربین در قسمت متحرک نصب شده اند. این پر ه ها به صورت همزمان و لحظه ای در یک جهت حرکت می کنند و مقدار حرکت آن ها بستگی به میزان آب کنترل شده دارد. در این توربین نیز همانند توربین پلتن حرکت توربین به صورت خودکار کنترل و تنظیم می شود.

بازده توربین های فرانسیس در ماکزیمم آب ذخیره شده، 75 درصد بازده توربین های پلتن است.

به دلیل این كه توربین فرانسیس برای سرعت های بالا طراحی می شود، در نتیجه ابعاد و وزن آن ها کمتر خواهد بود.

توربین هایی که دارای خروجی و سطح تماس کوچك تری هستند مطابق شكل می توانند به صورت مستقیم در مسیر جریان آب قرار گیرند. آب مستقیماً باسرعت به پره های توربین وارد شده و سپس با کاهش انرژی جنبشی به قسمت انتهای مسیر آب می رسد و در طرف دیگر توربینی با استفاده از سیستم چرخ دنده ژنراتور به حرکت درمی آید.

برای توربین های دارای خروجی و سطح تماس بزرگ تر آب وارد پره های هدایت کننده در طول مسیر جریان آب می شود که در اینحالت مسیر ورود آب به توربین دارای مسیر خاصی می باشد.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه و تنظیم: فاطمه گودرزی