Hidroelektrik Santrallar

Not:Resimler normalde çok büyük olduğunda burada küçültülerek verilmiştir.Resimleri orjinal boyutlarda görebilmek için üzerine tıklayınız.

ÖZET


Bu çalışmada Hidroelektrik Santrallerin yapıları ve çalışmaları incelenerek bu konular hakkında bilgiler verilmiştir.
Belirli bir yerde biriktirilen yada kendiliğinden birikmiş olan suların bir potansiyel enerjisi vardır. Su biriktiği yada biriktirildiği yerden daha alçak bir yere, belirli bir hızda düşürülecek olursa ortaya bir kinetik enerji çıkar. Bu kinetik enerji türbin kanatlarında bir mekanik enerji oluşturur ve alternatörde dönme hareketi meydana getirir. Alternatörün hareket etmesiyle elektrik enerjisi elde edilmiş olur.

1.0 HİDROELEKTRİK SANTRALLARIN PRENSİBİ:
Hidroelektrik Santralların Prensibi
Türbin konulacak yerde her zaman mekanik enerji kullanmak mümkün olmaz. Bu mekanik enerji alternatör aracılığı ile elektrik enerjisine dönüştürmek ve enerjinin havai hatlarla kullanılacak yere iletilmesi tercih edilir. Su tutulması boru, türbin, alternatör, transformatör ve transformatörlerden oluşan grup Hidroelektrik santralı meydana getirir.
Santral tarafından sağlanan güç su debisiyle su düşümünün yüksekliği veya seviye farkı ile orantılıdır. Pahalıya çıkan tesislerin rontabl olabilmesi için önemli debisi olan sular kullanılmalı, su düşümü de mümkün olduğunca yüksek tutulmalıdır.(şekil-1)

Şekil-1

2.0 BİR HİDROELEKRİK SANTRALIN ORGANLARI VE BU ORGANLARIN ÇALIŞMASI

Bir hidroelektrik santralı meydana getiren çeşitli organların fonksiyonları şunlardır.
Alternatör : Elektrik enerjisi üretir.
Türbin : Mekanik enerji üretir.
Baraj Kısmı : Bir düşü bazen de rezervuar meydana getirir.
Su İsale Kanalları: : Su yönlendirme organlarıdır.
Dağıtıcı ve Saptırıcılar : Dağıtma ve saptırma , Ayarlama organlarıdır.
Regülatör : Ayarlanan seviyede tutan organ
Boşaltıcı, Dolu savak : Güvenlik organlarıdır.
Izgaralar : Temizleme organlarıdır.
Batardo : Bakım organıdır.
Transformatör Postası : Üretilen elektrik enerjisine yol verir.
Tablolar : Uzaktan kumanda ve kontrol organlarıdır.

2.1 TÜRBİNLER

Türbin: Yüksek bir yerden düşen su kütlesi, dönebilecek şekilde yapılmış bir çark veya türbin sistemine gönderilecek olursa suyun taşıdığı enerji mekanik enerjiye dönüştürülmüş olur. Eskiden beri kullanılan hidrolik çarklar yıllarca uğraşılarak yeniden düzenlenip geliştirilmiştir. Bunlara "Hidrolik Türbin" denir. Verimleri uygun boyutlarda çarklara kıyasen daha iyidir ve her debiye yükseklikte su düşülerine uygundurlar.
Alternatörler, düşü yüksekliklerine göre; Kaplan, Francis veya Pelton tipi Hidrolik türbinlerle çalışırlar.Aşağıda çarkları şemalandırılmış türbinler dikey veya yatay eksenlidir. (Şekil -3)

2.1.1 Kaplan Tipi Türbinler:

Şekil-2

Aşağıda "Kaplan Türbin, Komple Bir Grubun Kesiti" verilmiştir.(Şekil-3)

Şekil-3

Çark: Kaplan tipi türbinin çarkı tıpkı bir gemi uskuru biçimindedir, fakat kanat hatvelerine ayarlanabilme olanağı sağlamak için yönleri değiştirilebilir niteliktedir.


Türbin Kanatları: Kanat açılarının ayarlanabilir olmaları sayesinde zayıf yüklerde bile türbin verimini iyi korur. Kanatlar, türbin eksenlerine yerleştirilen ve regülatörlerle harekete geçirilen kumanda kolu ile yönetilir.


Salyangoz: Suya dönen çarkın bütün dairesi boyunca eşit hız ve eşit debi vermek için su alma ağzı salyangoz kabuğu şeklinde yapılmıştır. Spiral hazne denilen bu salyangoz kabuğunun suyu dağıttıkça kesitinin küçüldüğü görülür.


Ayar Kanatları (Distribütör): Alternatör tarafından verilen akımın frekansı sabit olmalıdır. Bundan dolayı türbinin devir hızıda sabit olmalıdır. İstenen güç ihtiyaca göre değişken olacağından türbin hızının ayrlanması, "ayar donanımı" denilen özel bir tertibat ile su debisi değiştirilerek sağlanır.


Şaft ve Taşıyıcı Yatak: Türbo alternatör gurubun şaftta büyük bir ağırlık taşımalıdır. Bunun içinde "Yatak" lama ciddi ve hassas tekniği gerektirir. Bugünün tekniğinde bu iş taşıyıcı yataklarda iyi ibr yağlama ile sağlanır.

2.1.2 Francis Tipi Türbinler:

Francis türbinleri genellikle 20 - 200 m ' lik su düşülerinde kullanılır. Nadiren 200m düşüler için de imal edilmiş Francis türbinleri vardır.

Şekil-4

Asagidaki sekilde Fancis Türbin, Komple Bir Grubun Kesiti verilmistir

Şekil-5

2.1.3 Pelton Tipi Türbinler

Şekil-6

A. Yatay Eksenli Pelton Türbinler:

Yatay Eksenli Pelton Türbini: Yatay eksenli Pelton türbinin yapısı şu şekildedir; Alternatörle türbin aynı mil üzerine kamalanmıştır. Ekseriya alternatörü iki türbin harekete geçirir. Çarklarda rotorun ağına ve soluna yerleştirilmiştir. Pelton türbinleri dakikada 500-750 devir hızına dayanabildiklerinden, bunlar 4-6 adet çift kutuplu alternatörlere bağlanırlar.

Şekil-7

Yatay Eksenli Pelton Tipi Türbinin Yapısı

Pelton Çarkı: Pelton türbinin hareketli kanatları bir çembere tesbit edilmiştir. Bu kanatlar yan yana iki kovan veya "Kepçe" den oluşan, keskin bir köşe ile birbirinden ayrılmıştır. Püskürtülen su keskin kenar üzerinde iki eşit kısma ayrılır, yön değiştirerek teğet olarak kanat alanı üzerine vurur ve çarkın devrine göre kinetik enerjisini bırakır. Kepçeler erimiş çelik veya forforlu buronzdan yapılmıştır.

Kepçelerin Vaziyeti: Her çift kepçe dış kısmında dişli vaziyettedir. Bu tarz sıralamanın amacı, püskürtülen suyun püskürtme tönüne hussedilir derecede dikey olmadan kanada çarpmasını önlemektir. Başka türlü olsaydı, püskürtme kepçeye zayıf olarak gelir ve motor döndürme kuvveti meydana getirmeden çarkı terkederdi.

Karter: Çark, kelepçeleriyle birlikte madeni bir karkas veya karter içine yerleştirilmiştir. Çarkın mili kartere oturtulmuş yatak tarafından taşınır.

Dağıtıcı: Dağıtıcı veya enjektör püskürtmeyi kepçelere yöneltmeye yarayan özel bir aygıttır. Cebri borulardan sıvı alan enjektörler türbin başına 1-4 kadardır. Her enjektörde bir püskürtme memesi, bir iğne birde deflektör (saptırıcı) vardır.

İğne: Su, iğneli bir subap ile az veya çok kapanan konik bir meme vasıtasıyla enjektörden çıkar. Meme ve iğnenin şekilleri o surette ayar edilmiştirki, püskürtme, anafordan ziyade çubuk halindedir. Subap iğnesinin, ileri geri girip çıkması türbin gücüne uygun su debisini temin eder.

B. Dikey Eksenli Pelton Türbin

Dikey Eksenli Pelton Türbini: Küçük ve orta güçteki türbinler yatay eksenlidirler. Yüksek güçlü türbinler için aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi dik eksenli model kabul edilir. Bazen birkaç çark üst üste konur ve her çarkın etrafına çok sayıda püskürtücü yerleştirilmiştir.



Yapısı

Suyun Boşaltılması: Kullanılan su, türbin karteri altındaki kanala düşer, demekki pelton türbini su çıkışına göre üst düzeydedir. Boşaltma seviyesi o şekilde düzenlenmelidir ki, taşkın halinde santrakın çıkış düzeyi etkilendiğinde, türbin su altında kalmamalıdır.



Deflektör: Genellikle, pelton türbinleri 100m'den fazla düşü yüksekliklerinde kullanılırlar. Enjektörler doğrudan doğruya cebri borulara bağlanmışlardır. Giriş subapının ani kapanışı boruda koç darbesi meydana getirme tehlikesi yaratır. Türbin gücünü azaltmak veya türbin durdurmak istendiği zaman enjektörün hava kanalı önüne deflektör denilen hareketli bir ekran konulur. Deflektör kepçelere gelen sıvı püskürmeyi saptırır ve kaçak kanlına yöneltir. O zaman, enjektör iğnesi cebri boru debisinin darbesiz bir manevraya tabu tutulmasını sağlar.
(dikey eksenli pelton türbin ile ilgili şekil aşağıda verilmiştir. (Şekil-8)

Şekil-8

2.1.4 TÜRBİN SEÇİMİ

Türbin seçimi düşü yüksekliğine bağlıdır.Bunu şu şekilde ifade edebiliriz.

Tablo-1

n'yi su formül ile hesaplayabiliriz ;

TÜRBİN SEÇİMİ :

Hesaplanan n değerlerine göre Seçilen Türbin

Tablo-2

2.1.5 FRANSA ve TÜRKİYE' deki BAZI TÜRBİNLERİN DEVİR HIZI

Tablo-3

2.2 ALTERNATÖRLER
Alternatörler; belirli bir yerde birikmiş yada biriktirilmiş olan suların,belirli bir yükseklikten türbinlere düşerek meydana gelen mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmek için kullanılırlar.Çeşitli kullanım ihtiyaçlarına göre değişik tiplerde alternatörler vardır.Bunlardan ikisi olan "Yatay ve Dikey Eksenli Türbinler " aşağıda detaylı olarak açıklanmıştır.

2.2.1 Dikey Eksenli Alternatör

Dikey eksenli Kaplan veya Francis türbinleri düşük devirlidirler. (Örneğin bazı tipler dakikada 94 devir.) Bu nedenle alternatörler büyük çaplı yapılırlar ve çok sayıda kutba maliktirler.

Tertip Şekilleri
Alternatör türbin üzerinde ve aynı mil üzerine yerleştirilmiştir.Ana ve pilot ikazlar milin ucuna konmuştur.Makine dairesi o zaman birkaç katlı olur.

Dikey Eksenli Alternatörün Statoru

Şekil-9

Dikey Eksenli Bir Alternatörün Basitleştirilmiş Görünüşü

Şekil-10

2. Bölüm