بخشی از مقاله
چکیده
ابعاد و وزن روتور و استاتور ژنراتور یک واحد برق آبی بسیار قابل توجه است. روتور نیروگاه از سه قسمت روتور هاب، روتور ریم و قطب ها تشکیل شده است که روتور ریم و قطب بر روی محیط خارجی روتور هاب متصل می شوند. در این پژوهش به علت تقارن هندسی این سازه تنها یک یک هشتم روتور هاب در نرم افزار سالیدورکز مدلسازی و سپس به نرم افزار انسیس انتقال گردید. سپس نواحی پرتنش و جابه جایی های روتور هاب نیروگاه دوم سد شهید عباسپور در چهار پنج بهره برداری شامل خاموشی واحد، دور نامی، افزایش دور تا گاورنر مکانیکی، حداکثر سرعت و اتصال زمین روتور در دور نامی بدست می آید. در نهایت ضریب اطمینان طراحی این قطعات محاسبه گردیده است.
مقدمه
بشر قرنهای متمادی است که از انرژی آبهای در حال فروریزش، ابتدا در فرم مکانیکی و سپس از اواخر قرن نوزدهم با تبدیل آن به الکتریسیته در فرم انرژی الکتریکی استفاده کرده است. از نظر تاریخی نیروگاههای آبی نخست در مقیاس کوچک و برای تأمین نیازهای مناطق مجاور نیروگاه توسعه یافتند اما با گسترش شبکههای انتقال و افزایش قابلیت انتقال بار، تولید برق به واحدهایی که روزبهروز بزرگتر میشدند متمرکز گردید. راندمان تولید برق نیروگاههای آبی از دو برابر راندمان نیروگاههای حرارتی رقیب نیز بیشتر است. نگرانی ناشی از آلودگی نیروگاههای حرارتی و نیز زمان کوتاه ساخت و هزینه کم توسعه نیروگاههای کوچک آبی توسط تولیدکنندگان برق باعث شده است که در کشورهای صنعتی بار دیگر توجه بهسوی این نیروگاهها جلب شود. یکی از مهم ترین تجهیزات نیروگاه های برق آبی، ژنراتور می باشد که وظیفه تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریکی را دارد. تاکنون تحقیقات گسترده ای در زمینه روتور ژنراتور نیروگاه صورت گرفته است که در ادامه ذکر می شود. آناماریا بودای و همکاران - - Ana- Maria, 2004 قدرت مکانیکی قطب روتور ژنراتور را با درنظر گرفتن سرعت فرار ژنراتور محاسبه نمودند. ابتدا تغییرات ابعاد روتور در دقیقه اندازه گیری شد. قطب روتور، بعنوان بخشی از روتور ژنراتور، در طول عملیات تحت تاثیر نیروهای گریز از مرکز می باشد، که تنشهای برشی، کششی و کرنش های خمشی بر قطب القا می نماید. محاسبات انجام شده برای قطب شامل موارد زیر می باشند : محاسبه کرنش در بدنه قطب، محاسبه کرنش در صفحات انتهایی بدنه قطب ها، محاسبه کرنش در پیچ های اتصالات. این محاسبات دارای اهمیت قابل توجهی است. ابعاد نامناسب از نقطه نظر مکانیکی می تواند به صدمات زیاد گردیده و حتی منجر به از کار افتادن ژنراتور گردد.
هیملریچ و همکاران - - Himmelreich.M, 2013 در این مقاله فرایند ارزیابی استحکام خستگی یک ورق انتهای قطب واحد برق آبی با بار زیاد بررسی می گردد.محاسبات تنش به روش اجزاء محدود نشان می دهد که خواص مواد به شدت ناهمسانگرد درسیم پیچ قطب ها، بار اضافی به ورق انتهای قطب ها اعمال می نماید. اسکار آلتزار - - Oskar, 2014 در سال 2013، در شعاع اسلات دوتایی روتور ریم دم چلچله ای در لبه ورق های روتور ریم، در ژنراتور 1 از نیروگاه برق آبی در استان وستربوتن سوئد، ترک هایی یافته شد. ترک مورد بحث، بیش از حد عمیق برآورد شد بطوریکه قادر به تعمیر آن نبودند و شرکت آلستوم انجام تحقیقات در مورد علت شکستگی آن را بر عهده گرفت. این تحقیقات به این نتیجه رسیدند که شعاع لبه ورق های روتور ریم خیلی کوچک بوده و می بایست این شعاع در ورق های جدید روتور ریم، شش برابر بیشتر از شعاع فیلت های قبلی گردند. همانطور که مشاهده شد در زمینه روتورهاب تاکنون تحقیقات زیادی صورت نگرفته است. روتورهاب نیروگاه دوم شهید عباسپور مبحث اصلی این تحقیق می باشد. در این پژوهش یک یک هشتم روتور هاب در نرم افزار سالیدورکز مدلسازی و سپس به نرم افزار انسیس انتقال می گردد. سپس نواحی پرتنش و جابه جایی های روتور هاب نیروگاه دوم سد شهید عباسپور در چهار پنج بهره برداری شامل خاموشی واحد، دور نامی، افزایش دور تا گاورنر مکانیکی، حداکثر سرعت و اتصال زمین روتور در دور نامی بدست می آید. در نهایت ضریب اطمینان طراحی این قطعات محاسبه گردیده است.
خواص مکانیکی روتورهاب
مهمترین خواص مکانیکی فولادهای تشکیل دهنده تراست بلوک و روتور هاب در جدول 1 آمده است. منظور از ν، E، Su و Sy به ترتیب ضریب پوآسون، ضریب الاستیسیته، تنشتسلیم و تنش نهایی می باشد.
اتصال سطوح روتورهاب
در مجموع برای مدل روتور هاب و قطب از 42 اتصال contact و target برای ارتباط تمامی سطوح استفاده میگردد. به منظور اتصال کامل قطعات و شرط عدم لغزش بین سطوح، این اتصالات از نوع بدون لغزش1 در نرمافزار انسیس انتخاب می شود. شکل -3 6 نمونه ای از اتصالات بین قطعات روتور هاب را نشان می دهد. در شکل - الف - سطح آبی رنگ به عنوان سطح contact و در شکل - ب - سطح قرمز رنگ به عنوان سطح target می باشد.
شناسایی نیروها و شرایط مرزی روتور هاب
به منظور شناسایی نیروها و بارگذاری صحیح روتور هاب ابتدا حالت های مختلف بهره برداری این قطعه به شرح زیر توضیح داده می شود. در هر یک از این حالات، بارگذاری روتور هاب تغییراتی می کند:
1. واحد خاموش: در این حالت نیروی وزن مجموعه روتور ریم، قطب ها، شفت بالایی، شفت پایینی، توربین و ... به روتورهاب وارد می شود و واحد چرخش ندارد.
2. دور نامی: در این حالت، روتور ژنراتور با سرعت زاویه ای ثابت 187/5 دور بر دقیقه در حال چرخش می باشد. میدان مغناطیسی سیم پیچ استاتور برروی میدان مغناطیسی حاصل از قطب ها، گشتاوری بر خلاف گشتاور توربین ایجاد می نماید که خود مانع از افزایش دور واحد توسط گشتاور توربین می شود.
3. افزایش دور تا گاورنر مکانیکی: در این حالت به دلیل برداشته شدن ناگهانی بار الکتریکی از روی ژنراتور، دور ژنراتور افزایش می یابد. این افزایش دور می بایست طی دو مرحله توسط گاورنر کاهش یابد. مرحله اول که بصورت الکتریکی می بایست سرعت
