مبدأ عمل التدفق والخصائص الهيكلية لمولد الهيدروجين التفاعلي

التوربينات التفاعلية هي نوع من الآلات الهيدروليكية التي تحول الطاقة الهيدروليكية إلى طاقة ميكانيكية باستخدام ضغط تدفق المياه.

(1) الهيكل.المكونات الهيكلية الرئيسية لتوربينات التفاعل تشمل عداء ، حجرة الرأس ، آلية توجيه المياه وأنبوب السحب.
1) عداء.Runner هو أحد مكونات التوربين الهيدروليكي الذي يحول طاقة تدفق المياه إلى طاقة ميكانيكية دوارة.وفقًا لاتجاهات تحويل الطاقة المائية المختلفة ، تختلف أيضًا الهياكل العداء لتوربينات التفاعل المختلفة.يتكون عداء التوربينات فرانسيس من شفرات ملتوية انسيابية وتاج العجلة والحلقة السفلية ؛يتكون عداء التوربينات ذات التدفق المحوري من شفرات وجسم عداء ومخروط تفريغ ومكونات رئيسية أخرى: هيكل عداء التوربينات المائل معقد.يمكن أن تتغير زاوية وضع الشفرة مع ظروف العمل وتتوافق مع فتح ريشة التوجيه.يشكل خط مركز دوران الشفرة زاوية مائلة (45 درجة ~ 60 درجة) مع محور التوربين.
2) غرفة الرأس.وتتمثل وظيفتها في جعل المياه تتدفق بالتساوي إلى آلية توجيه المياه ، وتقليل فقد الطاقة وتحسين كفاءة التوربينات الهيدروليكية.غالبًا ما تستخدم العلبة الحلزونية المعدنية ذات المقطع الدائري للتوربينات الهيدروليكية الكبيرة والمتوسطة الحجم برأس ماء فوق 50 مترًا ، وغالبًا ما تستخدم العلبة الحلزونية الخرسانية ذات المقطع شبه المنحرف للتوربينات التي يقل رأس الماء فيها عن 50 مترًا.
3) آلية دليل المياه.تتكون بشكل عام من عدد معين من دوارات التوجيه المبسطة وآلياتها الدورية المرتبة بشكل موحد على محيط العداء.وتتمثل وظيفتها في توجيه تدفق المياه إلى العداء بالتساوي ، وتغيير التدفق عبر التوربين الهيدروليكي عن طريق ضبط فتح ريشة التوجيه ، وذلك لتلبية متطلبات الحمل لوحدة المولد.كما أنها تلعب دور مانع التسرب المائي عندما تكون مغلقة بالكامل.
4) أنبوب السحب.لم يتم استخدام جزء من الطاقة المتبقية في تدفق المياه عند مخرج العداء.تتمثل وظيفة أنبوب السحب في استعادة هذه الطاقة وتفريغ المياه في اتجاه مجرى النهر.يمكن تقسيم أنبوب السحب إلى شكل مخروطي مستقيم وشكل منحني.الأول له معامل طاقة كبير وهو مناسب بشكل عام للتوربينات الصغيرة الأفقية والأنبوبية ؛على الرغم من أن الأداء الهيدروليكي للأخير ليس جيدًا مثل أداء المخروط المستقيم ، إلا أن عمق الحفر صغير ، ويستخدم على نطاق واسع في توربينات التفاعل الكبيرة والمتوسطة الحجم.

,

(2) التصنيف.تنقسم توربينات التفاعل إلى توربين فرانسيس ، وتوربين قطري ، وتوربين محوري ، وتوربين أنبوبي وفقًا لاتجاه تدفق المياه المار عبر سطح عمود العداء.
1) توربين فرانسيس.توربين فرانسيس (التدفق المحوري الشعاعي أو فرانسيس) هو نوع من توربينات التفاعل التي يتدفق فيها الماء بشكل شعاعي حول العداء ويتدفق محوريًا.هذا النوع من التوربينات لديه نطاق واسع من الرأس القابل للتطبيق (30 ~ 700 م) ، هيكل بسيط ، حجم صغير وتكلفة منخفضة.أكبر توربين فرانسيس تم تشغيله في الصين هو التوربينات الخاصة بمحطة إرتان للطاقة الكهرومائية ، بطاقة إنتاجية تبلغ 582 ميجاوات وقوة إنتاج قصوى تبلغ 621 ميجاوات.
2) توربينات التدفق المحوري.التوربينات ذات التدفق المحوري هي نوع من توربينات التفاعل التي يتدفق فيها الماء داخل وخارج العداء محوريًا.ينقسم هذا النوع من التوربينات إلى نوع المروحة الثابتة (نوع المروحة اللولبية) ونوع المروحة الدوارة (نوع كابلان).تم إصلاح شفرات الأولى ويمكن أن تدور شفرات الأخير.قدرة تصريف التوربينات ذات التدفق المحوري أكبر من قدرة توربين فرانسيس.نظرًا لأن موضع ريشة التوربين الدوار يمكن أن يتغير مع تغير الحمل ، فإنه يتمتع بكفاءة عالية في نطاق كبير من تغيير الحمل.تعتبر مقاومة التجويف والقوة الميكانيكية لتوربينات التدفق المحوري أسوأ من تلك الموجودة في توربين فرانسيس ، كما أن الهيكل أكثر تعقيدًا.في الوقت الحاضر ، وصل الرأس القابل للتطبيق لهذا النوع من التوربينات إلى أكثر من 80 مترًا.
3) التوربينات الأنبوبية.يتدفق تدفق الماء لهذا النوع من التوربينات بشكل محوري من التدفق المحوري إلى العداء ، ولا يوجد دوران قبل العداء وبعده.نطاق رأس الاستخدام هو 3 ~ 20 .. يتميز بمزايا ارتفاع جسم الطائرة الصغير ، وظروف تدفق المياه الجيدة ، والكفاءة العالية ، وكمية الهندسة المدنية المنخفضة ، والتكلفة المنخفضة ، وعدم وجود أنبوب سحب حلزوني ومنحني ، وانخفاض رأس الماء ، أكثر وضوحا مزاياه.
وفقًا لطريقة الاتصال والنقل للمولد ، يتم تقسيم التوربين الأنبوبي إلى نوع أنبوبي كامل ونوع شبه أنبوبي.ينقسم النوع شبه الأنبوبي أيضًا إلى نوع المصباح ونوع العمود ونوع امتداد العمود ، ومن بينها نوع امتداد العمود ينقسم إلى عمود مائل وعمود أفقي.في الوقت الحاضر ، الأكثر استخدامًا هو النوع الأنبوبي المصباح ونوع امتداد العمود ونوع العمود ، والتي تستخدم في الغالب للوحدات الصغيرة.في السنوات الأخيرة ، تم استخدام نوع العمود أيضًا للوحدات الكبيرة والمتوسطة الحجم.
يتم تثبيت مولد الوحدة الأنبوبية ذات التمديد المحوري خارج قناة المياه ، ويتم توصيل المولد مع التوربينات المائية بعمود مائل طويل أو عمود أفقي.هيكل هذا النوع من تمديد العمود أبسط من نوع المصباح.
4) التوربينات ذات التدفق القطري.إن هيكل وحجم التدفق القطري (المعروف أيضًا باسم التوربينات القطرية) يقعان بين فرانسيس والتدفق المحوري.الاختلاف الرئيسي هو أن الخط المركزي لشفرة العداء يكون بزاوية معينة مع الخط المركزي للتوربين.نظرًا للخصائص الهيكلية ، لا يُسمح للوحدة بالغرق أثناء التشغيل ، لذلك يتم تثبيت جهاز حماية إشارة الإزاحة المحورية في الهيكل الثاني لمنع الاصطدام بين الشفرة وغرفة العداء.نطاق رأس الاستخدام لتوربينات التدفق القطري هو 25 ~ 200 م.

في الوقت الحاضر ، أكبر قدرة إنتاجية مصنفة للوحدة المفردة للتوربينات المنسدلة المائلة في العالم هي 215 ميجاوات (الاتحاد السوفيتي السابق) ، وأعلى رأس استخدام هو 136 مترًا (اليابان).