Akış Türbini
Akışlı su türbinleri her zaman yerel işletim koşullarına uyarlanır (düşü/debi).
„İlke olarak basitlik“ Yıllar boyu güvenilir çalışma için tasarlanmış ve bakım için özel madde ve alet gerektirmeyen akış türbininin geliştirilmesinde temel aldığımız anafikir buydu. Uzman olmayan kişiler dahi kurup işletime alabilir.
Türbinin kullanım alanları:
- Düşü yüksekliği: H = 3… 200 m
- Debi: Q = 0,03… 17 m³/s
- Güçler: N = 10… 8 000 kW
Akış türbininin prensipi
Akış türbini radyal, hafif basınçlandırılmış, çark kanatlarına teğetsel püskürtmeli, yatay şaftlıdır. Spesifik devirlere göre yavaş türbinler arasında sayılır. Su akışı, kanat halkasından çarkın iç kısmına geçer, buradan kanat halkasının içinde ikinci kanal içerisinden çarkın dışına, türbin dolabı alanına hareket eder. Türbin dolabından ya serbest olarak ya da emme borusu yoluyla türbin altındaki tanka akar.
Suyun çarkın içerisindeki hareketinin kendiliğinden temizleme etkisi vardır. Suyun çarka girişinde kanatların arasına giren kirlilikler, yarım çark devrinden sonra merkezkaç kuvveti ve akan su tarafından çekilir ve tanka sürülür.
Eğer su debisi miktarı değişkense, akış türbini iki hücreli olarak tasarlanır. Hücrelerin standart bölünmesi 1:2 oranındadır. Dar hücre küçük, geniş hücre orta su akışını işler. İki hücre birlikte tam debiyi işler. Bu ayrım sayesinde tam debi ile tam debinin 1/6’sı arasındaki akışlarda optimum verim mümkündür. Akış türbinleri bu şekilde son derece efektif olarak (%80 üzerinde verimlilik) debileri yüksek değişkenlik gösteren akarsulardan da faydalanabilir.
Su türbini etkinlik derecesi
şekil 3: Akış türbini verimlilik seyri; kontrol vanası ile 1:2 oranında bölünmüş regülasyonda 3 etkinlik eğrisinde Francis türbini ile karşılaştırma.
Akış türbinlerinin alçak düşü ve güçlerde tam debi alanında toplam verimliliği %84’e ulaşmaktadır. Orta ve büyük türbinlerde daha yüksek devinimlerde %87 verimliliğe ulaşılmaktadır.
Şekil 3 kısmi yük alanında akış türbininin avantajlarını gösterir. Nehirlerin sıkça yılda birkaç ay boyuncu akışları çok azalır. Bu aylarda elektrik enerjisi üretimi imkânı, ilgili türbinin etkinlik seyri özelliklerine bağlıdır. Yüksek debilerde yüksek verimlilik, ancak düşük debilerde düşük verimlilik sağlayan türbinler, değişken debili yerlerde, verim eğrileri düz olan türbinlerden daha düşük yıllık üretime ulaşır.
Dağıtım sistemi
Bölünmüş akış türbininde su, iki adet güçleri dengelenmiş profilli kontrol vanası tarafından yönlendirilir. Vanalar su akışını böler, dengeler ve darbesiz olarak çarka geçmesini sağlar (hücre genişliğinden bağımsızdır). Her iki döner kumanda vanası da türbin dolabına yerleştirilmiştir ve alçak devinimlerde türbin kapatma amacıyla da kullanılabilir. Böylece basınç boruları ile türbin arasında kapatma vanası kullanımına gerek kalmaz. Kumanda vanaları birbirlerine bağımsız olarak, otomatik veya manüel kontrollü kollar ile donatılmıştır. Kumanda vanaları kendiliğinden yağlamalı yataklarda yerleşiktir ve bakım gerektirmez. Kolların sonuna ağırlık bağlayarak merkezkaç temelli acil kapama işlevi de sağlanır.
Türbin dolabı
Debi türbini dolabı inşaat çeliğinden üretilmiştir, çok sağlamdır, darbelere ve dona karşı dayanıklıdır.
Çark
Türbinin en önemli parçası çarkıdır. Çark, tecrübeyle sabit bir işlemde düzleştirilmiş, çekilmiş, profilli çelikten üretilen kanatlar ile donatılmıştır. İki taraflı olarak disklere yerleştirilirler ve özel bir işlem ile çark iç disklerine kaynatılırlar. Çarkın, büyüklüğüne bağımlı olarak 37 kadar kanadı olabilir. Lineer olarak eğik kanatlar sadece çok küçük bir eksenel güç oluşturur, bu sayede zor montaj ve yağlama gerektiren güçlendirilmiş aksiyel rulmanlar gerekli olmaz. Daha geniş çarklarda kanatlar diskler tarafından birkaç kat desteklenir. Çarklar nihai montaj öncesinde özenle dengelenir ve defektoskopik kontrolden geçer.
Rulmanlar
Akış türbinleri normalize, yaslamalı, silindirli rulmanlar ile donatılmıştır. Bunların türbinde düşük direnç ve kolay bakım gibi tartışmasız avantajları vardır. Rulman dolabının yapısı ile su sızıntıları ve yağlama maddelerinin su ile teması engellenmiştir. Bu, patentli akış türbinin rulman dolabı sistemimizin önemli bir özelliğidir. Aynı zamanda çark rulmanlar sayesinde türbin dolabında ortalanmıştır. Bu sofistike teknik çözümü, bakım gerektirmeyen sızdırmazlık öğeleri tamamlar. Yıllık yağ değişimi dışında başka bir bakım gerektirmez. Kullandığımız teknik çözüm, türbinin tamamını pozisyonundan demonte etmeye gerek kalmadan kolay çark değişimini sağlamaktadır.
Emme ve boşaltma boruları
Akış türbini prensip olarak serbest su seviyeli bir türbindir. Ancak orta ve düşük devinimlerde emme borusu kullanmak gereklidir. Amacı, makine dairesini sele karşı korumak ve toplam devinim yüksekliğini kayıp olmadan kullanmaktır. Serbest seviyeli ve geniş kullanım sahalı bir türbinin emme borusundaki su kontrol edilebilmelidir. Bunu, türbin dolabında vakumu belirleyen hava ayar vanası sağlar. Böylece 1 – 3 m emme yüksekliği olan türbinler, kavitasyon tehlikesi olmadan en uygun şekilde kullanılabilir. Emme borularının çelik toplama borusu şeklinde yapılması ayrıca düşük devinimlerde alt yapı maliyetlerini de ciddi anlamda azaltır; böylece birçok sorunlu proje kârlı hale gelir.
İşletim özellikleri
Ürettiğimiz akış türbinlerinde kavitasyon oluşmaz, sonuç itibariyle çarkın alt su seviyesinin altında olma gerekliliği ve buna bağlı masraflı inşaatlar ve işletim zorlukları ortadan kalkar.
90 m kadar devinimler için üretimde normal yapı çeliği kullanılır. 90 – 120 m devinimler için çark sağlam paslanmaz çelik ile tedarik edilir. 120 m üzerinde devinimlerde dolap ve boru parçaları dahil tüm türbin paslanmaz çelikten imal edilir.
Akış türbinlerinin sürekli devri, çoğunlukla nominal devrin 2,3 katıdır. Bu, seri üretilmiş jeneratörlerin kullanımını mümkün kılar.
Akış türbinlerinin ekonomik verimi
Günümüzde gelişmekte olan ekolojik hassasiyet, çevreye zarar vermeden doğal güçleri kullanmayı öngörmektedir, örneğin yenilenilebilir kaynaklardan elektik üretimi. Ancak hidroelektrik santrallerinin kullanım önemli bir faktör ile sınırlanmıştır: proje ve planlama, boyutlandırma, inşaat ve yapının makine donanımının tedariği ile ilgili yüksek yatırım masrafları.
Mühendislerimiz – danışmanlar ve türbin tasarımcıları – bu yüzden su türbinlerini normalize ederek toplam maliyeti azaltmaya çalıştılar. Bu yaklaşım büyük türbinler için uygulanabilir olsa da, tasarlanan devinim ve yıllık su akışı değişkenliklerine bağlı olarak küçük türbinlerin boyutlandırmasında sorunlara yol açmaktadır.
Bizim geliştirdiğimiz akış türbinlerinin münferit parçaları standardizedir, ancak ihtiyaçlara (yani söz konusu yerde su miktarı ve düşü yüksekliği) ve müşteri talepleri doğrultusunda uyarlanır ve yapılandırılırlar. Bu modüler sistem, projenin gerektirdiği tüm işlevleri sağlarken, aynı zamanda maliyet açısından etkin çözümler sağlar.
Akış türbinleri uzun ve bakım gerektirmeyen kullanım ömürleri ile öne çıkar. İşletim ömürleri boyunca pahalı ve karmaşık yedek parçalara ihtiyaçları yoktur, olası tamiratlar çoğunlukla yerinde yapılabilir. Akış türbinlerinin bir başka avantajı da, içme suyu merkezkaç sistemlerinde, çok uzun borularda dahi istenmeyen hidrolik darbeler oluşturmadan ve böylece içme suyu kalitesini etkilemeden kullanılabilmeleridir. Bu kullanım, şirketimiz tarafından birçok ülkede birçok kere başarıyla denenmiştir.