دانلود تحقیق هیدرولیک و کنترل هیدرولیک توربین نیروگاه شهید رجائی

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 پیش‌قدم بوده اند و آنها وسیله‌ای 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 وسیله‌ای 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 ، استفاده‌های 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 ، این‌گونه 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 می‌توان 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 تعلقی‌تر و غیراتفاقی‌تر 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 نیروگاه‌های هسته‌ای با کشورهای غربی رقابل می کنند .

تأثیر علم و فن در جامعه به دو طریق صورت می پذیرد : نخست ایجاد تحول در روش‌های تولیدی و دوم تأثیر مستقیم ولی خفیف‌تر 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 می‌شود .

(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 می‌شود .

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 انعطاف‌پذیری 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 می‌رسد .

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 می‌گردد .

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 بررسی‌هائی 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 می‌ساید .

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 می‌چسبد 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