بخشی از مقاله
چکیده
ژنراتور از مهمترین تجهیزات اصلی نیروگاه است که انرژی مکانیکی توربین را به انرژی الکتریکی تبدیل می نماید. در نیروگاه برق آبی از انرژی پتانسیل آب پشت بدنه سد انرژی لازم برای توربین های آبی فراهم می شود. روتور نیروگاه از سه قسمت روتور هاب، روتور ریم و قطب ها تشکیل شده است. به دلیل تولرانسی بودن فاصله قطعات نیروگاهی، آگاهی از میزان تغییر شکل تجهیزات آن بسیار حائز اهمیت است. در این پژوهش تغییرشکل های شعاعی، محیطی و محوری روتورهاب نیروگاه برق ابی کارون1 بدست می آید که بیشترین جابجایی محوری روتور هاب در حالت حداکثر دور به میزان 0/8 میلیمتر محاسبه شده است.
مقدمه
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 نیروگاه های برق آبی جلب شود. شکل 1 نمای ورودی آب به یک واحد نیروگاه برق آبی را از قبل دیواره سد تا بعد از فروریزش آن در رودخانه نشان می دهد.
شکل :1 نمای یک واحد نیروگاه برق آبی
همانطور که در شکل بالا مشاهده می شود سطح آب پشت سد با یک اختلاف هد قابل توجه نسبت به آب رودخانه، بعد از طی مسیری به توربین واحد می رسد و موجب چرخش واحد می شود و در نهایت به رودخانه می ریزد. جهت آشنایی بیشتر با اجزای اصلی یک واحد نیروگاه برق آبی متشکل از توربین و ژنراتور در شکل زیر نمای سه بعدی آن نشان داده شده است.
شکل:2 نمای اجزای اصلی یک واحد نیروگاه برق آبی
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.
آگاهی از میزان تغییر شکل تجهیزات آن بسیار حائز اهمیت است لذا در این پژوهش تغییرشکل های شعاعی، محیطی و محوری روتورهاب نیروگاه برق ابی کارون1 بدست می آید. روتور هاب سازه ای فولادی می باشد که از جوشکاری و ماشینکاری ورق های فولادی تشکیل شده است. این سازه در مرکز روتور قرار دارد و از طریق فلنج های بالایی و پایینی به شفت بالایی و پایینی ژنراتور متصل می گردد.
از طریق اتصال تراست بلوک به فلنج پایینی روتور هاب تمامی نیروی وزن قطعات دوار و همچنین نیروی تراست آب به براکت پایینی ژنراتور منتقل می گردد. همچنین وزن شفت بالایی ژنراتور به فلنج بالایی روتور هاب اعمال می شود. گشتاور ناشی از دوران توربین از طریق شفت پایینی ژنراتور به فلنج پایینی روتور هاب منتقل شده و این گشتاور باعث دوران روتور هاب و روتور ریم و در نتیجه دوران قطب ها درون استاتور ژنراتور می گردد. علاوه بر این وزن روتور ریم و قطعات نیز به این سازه وارد می شود. در شکل زیر نمای اجزای دوار ژنوراتور کارون 1 نشان داده می شود.
شکل :3 نمای اجزای دوار ژنراتور کارون
مدلسازی و بارگذاری روتورهاب
مدلسازی روتور هاب، بهصورت سهبعدی و با استفاده از نرمافزار سالیدورکز انجام می شود. با توجه به تقارن هندسی روتور هاب، به منظور کاهش حجم محاسبات و در عین حال افزایش دقت مدلسازی، یک هشتم روتور هاب مدل می گردد.
