A HIDROENERGETICIENILOR DIN ROMÂNIA, SCHEME HIDRAULICE DE ACTIONARE PENTRU MICROTURBINE HIDRAULICE TIPIZATE

Transcription

1 A PATRA CONFERINŢĂ A HIDROENERGETICIENILOR DIN ROMÂNIA, Dorin Pavel SCHEME HIDRAULICE DE ACTIONARE PENTRU MICROTURBINE HIDRAULICE TIPIZATE Victor BALASOIU 1, Mircea POPOVICIU 2, Ilare BORDEASU 3, Abstract: SCHEMES FOR HYDRAULIC DRIVING SYSTEMS EMPLOYED IN STANDARD SMALL- SCALE HYDROPOWER UNITS The hydraulic drive systems built for hydroelectric power plants can be employed successfully also as governors for standard micro-hydro-turbines coupled with the electrical generator, connected either with the national electric power network or installed on an individual network. Such mechanisms can be used for standard small-scale hydropower units (both mini and micro units) of type FH (Francis horizontal shaft turbines) or PSH (propeller S horizontal shaft turbines). In the paper are analyzed three possible variants of such mechanisms, comparatively with a REGMO control and driving system. As a result, the optimum variant from different points of view (economical, functional, reliability and maintainability) was found. The present paper tried to present the functional solutions, the specific computation problems, and the optimal choice of the standard hydraulic elements for driving, power, protection and automation. 1. SCHEME HIDRAULICE DE ACTIONARE, DESCRIERE, FUNCTIONARE. Mecanismul de actionare este destinat pentru comanda microturbinelor hidraulice tipizate cuplate cu generatorul, racordate la sistemul energetic. Mecanismul de actionare asigura pornirea si oprirea microturbinei automatizat infunctie de nivelul apei din amenajare sau manual, precum si oprirea de avarie a turbinei in situatii de avarie. Mecanismul de actionare pentru microturbine hidraulice tipizate asigura urmatoarele functiuni: - pornirea automata a turbinei, prin deschiderea aparatului director la o valoare prestabilita sezoniera, functie de nivelul apei din amenajare; - deschiderea completa a aparatului director si mentinerea lui in aceasta pozitie pe toata durata functionarii microhidroagregatului; 1 Prof.univ.dr.ing. Universitatea Politehnica Timisoara, , Timisoara, E- mail:balasoiu@mec.utt.ro, Tel ; 2 Prof.univ.dr.ing., Universitatea Politehnica Timisoara; 3 Conf.dr.ing. Universitatea Politehnica Timisoara.

2 - oprirea automata a turbinei prin inchiderea aparatului director in starea inchis si tensionat, functie de nivelul apei din amenajare. Gama larga de cerinte a determinat conceperea mai multor solutii constructive in mai multe variante de tipodimensiuni. Fiecare varianta acopera un anumit domeniu de curse si forte la nivel de aparat director. In fig. 1. se prezinta structura mecanismului de actionare pentru sistemul de reglare REGMO. ME- Motor electric; REGMO reductor; RD1- roata dintata 1; RD2-roata dintata 2; TF Tija filetata; M1- piulita pentru reglaj fin; M2 piulita; MS-P- mecanism Surub-piulita; T- surub; OP ochi de prindere; MA mecanism de actionare Fig. 1. Sistemul de reglare REGMO Pentru acest tip de reglare, motorul electric ME (fig.1) antreneaza prin intermediul unui reductor RD1 care angreneaza cu RD2, transmitand miscarea de rotatie tijei TF. TF antreneaza intr o miscare de translatie piulita M2 care transmite nemodificata miscarea prin intermediul M1 aparatului director. Inchiderea sau deschiderea mecanismului se va face functie de sensul de rotatie TF, deci implicit a celor doua roti dintate, reductorului ME prin intermediul unui comutator. Solutia pentru sistemul de reglare REGMO prezinta urmatoarele dezavantaje: - timp de deschidere fix, datorat raportului de transmisie al celor doua roti dintate; - utilizarea mecanismului surub-piulita conduce la aparitia dfenomenului de autoblocare; - se impune utilizarea acumulatoarelor electrice datorita faptul ca motorul electric de actionare ME functioneaza in curent continu.

3 In continuare se vor prezenta trei variante de scheme pentru mecanismul hidraulic de actionare dupa cum urmeaza. In schema mecanismului hidraulic de actionare, varianta cu doua supape de sens deblocabile (fig.2), la deschiderea aparatului director, uleiul pompat de electropompa ntrece prin distribuitorul cu comanda electrica DE care in prealabil a fost activat. Distribuitorul DE comunica cu regulatorul de debit RD1 care are rolul de a regla debitul de curgere prin conducta, deci a vitezei de deschidere a cilindrului hidraulic CH si deci a aparatului director. FS- Filtru cu silicagel ; F filtru de retur ; P-pompa ; ME-motor electric ; FP-filtru de presiune ; SPsupapa de presiune ; SS1, SS2, SS3 supape de sens unic 1,2,3 ; RD1, Rd2 regulatoare de debit 1, 2 ; DE distribuitorul electrohidraulic ; m1, m2 manometrele 1, 2. CH - cilindru hidraulic, CG contragreutate ; B brat de actionare. Fig. 2. Varianta cu doua supape de sens unic

4 FS-filtru cu silicagel ; F.- filtru retur ; P-pompa ; ME-motor electric ; FP-filtru de presiune ; SP-supapa de presiune; ss1-ss1-supapa de sens unic ; RD1, 2- regulator de debit 1, 2 ; DES distribuitor electrohidraulic ; B-brat actionjare ; CG-contragreutate ; CH cilindru hidraulic Fig.3. Varianta fara acumulator Din RD1 uleiul trece in supapa de sens unic SS2 si de aici in cilindrul hidraulic CH, asigurand deschiderea aparatului director al microturbinei. In acelasi timp, supapa de sens unic SS3 va fi deblocata prin intermediul conductei auxiliare C3, permitand evacuarea uleiului din partea superioara a cilindrului hidraulic CH la rezervor, pana la obtinerea deschiderii dorite a aparatului director. Mentinerea aparatului director in aceasta pozitie se face prin dezactivarea distribuitorului electrohidraulic, ambele supape fiind blocate. La inchiderea aparatului director se activeaza electrodistribuitorului (in celalalt sens). Astfel uleiul pompat de electropompa va trece in nregulatorul de debit RD2 care are rolul de a regla timpul de inchidere a cilindrului hidraulic, si deci a aparatului director. Din RD2 uleiul comunica cu cilindrul hidraulic prin intermediul supapei de sens unic SS3. In acelasi timp, SS2 va fi deblocata prin intermediul

5 conductei auxiliare C4, permitand evacuarea uleiului din cilindrul hidraulic la rezervor, asigurandu-se astfel inchiderea aparatului director. Dezavantajul aceswtei scheme de actionare hidraulica consta in faptul ca in cazul unei caderi de tensiune pe retea, cele doua supape de sens unic se blocheaza, blocand deci aparatul director in aceasta pozitie. In schema de actionare mecanismului hidraulic de actionare, varianta fara acumulator, (fig.3) la atingerea nivelului maxim al apei in amenajare sau la comanda operatorului, mecanismul de actionare primeste o comanda de deschidere a aparatului director. In vederea actionarii aparatului director spre deschidere se asigura urmatoare succesiune de oparatii: - se porneste electropompa concomitent cu excitarea electrodistribuitorului DSE1; - cilindrul hidraulic CH se deschide pana la deschiderea prestabilita unde se opreste prin oprirea electropomnpei. semnalul de comanda este dat de un microintrerupator din cadrl blocului de contacte; - la acesta deschidere turbina ramane in regim stationar de functionare, pana la primirea unui semnal de modificare a acestei stari.viteza cu care se deschide aparatul director este dictata de regulatorul de debit RD1. Oprirea microturbinei poate fi automata sau manuala functie de caderea din amenajare si de avarie. In oricare din aceste situatii succesiunea proceselor este aceeasi: semnalul din exteriorul mecanismului duce la dezexcitarea electromagnetului, ceea ce are ca efect evacuarea uleiului din cilindrul hidraulic, iar aparatul director se va inchide sub actiunea contragreutatii CG. Viteza cu care se inchide aparatul director este dictata de regulatorul de debit RD2. In schema mecanismului de actionare (varianta cu acumulator) (fig.4) se prezinta urmatoarele: la atingerea nivelului maxim al apei in amenajare sau la comanda voita a aparatului director, mecanismul de actionare primeste o comanda de deschidere a aparatului director. In vederea actionarii aparatului director spre deschidere se asigura urmatoarea succesiune de operatii: - se porneste electropompa ME-P simultan cu excitarea electromagnetului distribuitorului DSE2;

6 - uleiul refulat de pompa este admis in acumulatorul A prin cele doua supape de sens SS1 si SS2; - cand presiunea in acumulatoreul A atinge o valoare reglata la aprox 100 bar, manometrul cu contacte electric MC comanda excitarea electrodistribuitorului DSE1. Astfel uleiul refulat de pompa se admite spre cilindrul hidraulic CH; - cilindrul se va deschide pana la deschiderea prestabilita unde se opreste prin oprirea electropompei. Semnalul de oprire este dat de un microintrerupator din cadrul blocului cu contacte BC; - la aceasta deschidere turbina ramane in regim stationar de functionare pana la oprirea unui semnal de modificare a starii (oprire manuala, oprire de avarie sau modificarea incarcarii); - viteza cu care se deschide aparatul director este dictata de regulatorul de debit RD; - in cazul tasarii CH, microintrerupatorul a oprit electropompa spre deschidere comanda (prin histerezis) pornirea electropompei si readucerea AD in pozitia initiala. Oprirea turbinei poate fi autromata functie de caderea din amenajare, manuala la comanda operatorului sau de avarie. In oricare din aceste situatii succesiunea este aceeasi: semnalul din exteriorul mecanismul duce la dezexcitarea distribuitoarelor DSE1 si DESE2 ceea ce are ca efect admisia uleiului sub presiune in partea superioara a CH si deci asigurarea unei presiuni pentru inchiderea AD, ceea ce asigura o forta suplimentara de innchidere a AD si de asemenea asigura evacuarea uleiului din CH.Deci aparatul director se va inchide sub actiunea uleiului si contragreutatii CG. Viteza cu care se inchide aparatul director este dictata de regulatorul de debit RD2. Mecanismul este constituit dintr o combinatie de elemente hidraulice de coamnada, control si siguranta, si organe de actionare de natura hidraulica si mecanica. Elementele componente principale ale sistemului hidraulic de actionare sunt: - panoul hidraulic cu aparatura hidraulica aferenta, conform schemei de actionare; - brat cu contragreutate; - cilindru hidraulic de actionare.

7 Mediul hidraulic de lucru este uleiul mineral aditivat. Componentele principale ale mecanismului sunt prezentate in schema hidraulica aferenta fiecarei variante de lucru. FS-filtru cu silicagel; F-filtru de retur; P-pompa; ME-motorul electric; FP-filtru de presiune; SP-supapa de presiune; SS1,2- supapa de sens unic 1, 2; RD1, 2 regulator de debit 1 si 2; MC manometru cu contacte ; R- robinet de golire; CH cilindru hidraulic; CG contragreutate; BC bloc cu microintrerupatoare; L -limitare manuala Fig.4. Varianta cu acumulator 2. CONCLUZII In cadrul lucrarii sunt prezentate comparativ mecanismul de actionare clasic de actionare tip REGMO, aflat in dotarea majoritatii microhidroturbinelor hidraulice si sistemul mecanismului hidraulic de actionare. Sistemul hidraulic de actionare introduce urmatoarele avantaje: - eliminarea acumulatorului electric, inchiderea aparatului director facandu se sub actiunea contragreutatii, chiar daca sursele externe cad; - posibilitatea reglarii timpului de deschidere respectiv inchidere intre limite foarte largi; - fiabilitate ridicata obtinuta prin eliminarea mecanismului de transmitere surub piulita. - mecanismul de actionare este astfel conceput incat nu se necesita personal de manevre.

8 - mecanismul de actionare este conceput astfel incat sa asigure si o exploatare sezoniera, la debite mai mici decat cel nominal, pentru care se limiteaza cursa de deschidere. 3. BIBLIOGRAFIE [1] Bălăşoiu V., - Echipamente hidraulice de actionare, fundamente teoretice, echipamente si sisteme, fiabilitate, Editura Eurostampa, Timisoara, [2] Bălăşoiu V., Pădurean I., - Echipamente şi sisteme hidraulice de actionare, Compendium, Editura Orizonturi Universitare, Timisoara, 2004 [3] Bălăşoiu V.,-Cercetari teoretice si experimentale asupra sistemelor electrohidraulice tip servovalvacilindru-sarcina, pentru module de roboti industriali, Teza de doctorat, Institutul Politehnic Timisoara, [4] Balasoiu V., - Hidraulica sistemelor de actionare, Editura Mirton, Timisoara, 1996