HİDROELEKTRİK SANTRALLERDE ELEKTROMEKANİK TEÇHİZAT, YARDIMCI ELEKTRİK SİSTEMLERİ VE HİDROMEKANİK TEÇHİZAT

Transkript

1 HİDROELEKTRİK SANTRALLERDE ELEKTROMEKANİK TEÇHİZAT, YARDIMCI ELEKTRİK SİSTEMLERİ VE HİDROMEKANİK TEÇHİZAT Sümer Yüksel 08 Aralık 2011 ODTÜ İnşaat Mühendisliği Armada İş Merkezi 17. Kat Söğütözü ANKARA Tel: Fax: Yıldız Posta Cd. No:52 Dedeman Ticaret Merkezi 3. Kat Gayrettepe İSTANBUL Tel: Fax:

2 HİDROELEKTRİK TESİSLER Hidroelektrik tesisler; Suyun potansiyel enerjisini mekanik enerjiye, buradan elde edilecek mekanik enerjiyi de elektrik enerjisine dönüştürmek için yapılan bir seri inşaat elektro/mekanik ve hidromekanik sistemleri içermektedir.

3 HİDROELEKTRİK TESİSLER Genel olarak bir hidroelektrik tesiste bulunan yapılar Enerji Su Alma Yapısı İletim Tüneli ( Tünel veya Kanal ) Denge Bacası ve Yükleme Odası Vanalar Cebri Boru Santral ve Şalt Sahası

4 REGÜLATÖRLÜ HES

5 REGÜLATÖR YAPISI

6

7

8 ATATÜRK BARAJI

9

10 HİDROELEKTRİK SANTRAL

11 HİDROELEKTRİK TESİSLERİN SINIFLANDIRILMASI HİDROELEKTRİK SANTRALLAR : Düşülerine (yüksek /alçak düşülü ) Üretilen enerjinin karakterine ve değerine Kapasitelerine Yapılışlarına Üzerinde kuruldukları suyun özelliklerine göre sınıflandırılırlar

12 ÜRETTİKLERİ ENERJİNİN KARAKTERİ VE DEĞERİNE GÖRE 1. Baz Santralleri (Base Load Plants) : Devamlı olarak çalışan santrallardır. 2. Pik Santraller (Peak-Load plants) : Enerjiye en çok ihtiyaç duyulduğu sürelerde çalışan santrallerdir.

13 KAPASİTELERİNE GÖRE 1. Küçük Kapasiteli Santraller : Hem santral ve hem de değirmen v.s gibi işyerinde mekanik enerjisi direkt olarak kullanılan santrallerdir. Kapasitesi 99 KW a kadardır. 2. Düşük Kapasiteli Santraller : kw 3. Orta Kapasiteli Santraller : kw 4. Yüksek Kapasiteli Santraller : kw ve daha fazla

14 YAPILIŞLARINA GÖRE 1. Yer Altı Santralları : Topografik, jeolojik, ekonomik veya emniyet nedenleri ile santralı yer altına almak icap edilebilir. 2. Yarı Gömülü veya Batık Santrallar : Santral dar ve kayalık bir vadide yapılacaksa ve açıkta yer yoksa, santralın yarısı yer altında, yarısı açıkta olabilir. Yahut ta, santral kot itibariyle tamamiyle yer altında çıkmakta ise böyle bir santral yapılabilir. Üste bir gezer vinç konur ve bütün ağır vasıtaların yükleri bu vinç ile alınarak santral alt kotlarına indirilir. 3. Yer Üstü Santralları : Generatör katı ve üst yapı yer üstündedir.

15 YERALTI HİDROELEKTRİK SANTRALI

16 ÜZERİNDE KURULDUKLARI SUYUN ÖZELLİKLERİNE GÖRE 1. Nehir Santralları 2. Kanal Santralları 3. Baraj Santralları 4. Pompaj Santralları

17 THREE GORGES BARAJI Power station Commission date Type Conventional Hydraulic head Turbines Rated: 80.6 m Maximum: 113 m MW 2 50 MW Installed capacity 20.3 GW Maximum capacity 22.5 GW Annual generation 80 TWh (290 PJ) Net generation 368 TWh (1,320 PJ) (2009)

18 ITAPU BARAJI VE HES Power station Type Conventional Hydraulic head 118 m MW Francis-type Turbines 14,000 MW 91.6 TWh (2009) Annual generation 1,761 TWh (2009)

19 ITAPU Barajı ve HES

20 ALTINKAYA BARAJI VE HES

21 ASLANTAŞ BARAJI Dam Location Osmaniye River Ceyhan Purpose I+F+E Type Composite Earth Dam 8,30 hm 3 Height (thalveg) 78,00 m Reservoir Volume (at max. Head) 1,183hm 3 Irrigation Area ha Installed Power 138 MW Yearly Generation 605 GWh

22 SUAT UĞURLU BARAJI Dam Location River Purpose Type Height (thalveg) Samsun Yeşilırmak E+I Upstream Blanket Clay Cored Rockfill 2,338 hm 3 38 m Reservoir Volume (at max. Head) 181,31 hm 3 Reservoir Area (at max. Head) 9,644 km 2 Irrigation Area Installed Power Yearly Generation ha 46 MW 273 GWh

23 POMPAJ DEPOLAMALI SANTRAL

24 POMPAJ DEPOLAMALI SANTRAL Okinawa PHES

25 POMPAJ DEPOLAMALI SANTRAL Ludington Pumped Storage Location Michigan Shoreline Employees 41 Plant Site km 2 Capacity 1872 MW Generating Units Penstock Length MW 6 396,24 m

26 HİDROELEKTRİK SANTRALIN EN KESİT GÖRÜNÜŞÜ HES Transformator Busbar, Feeder Generator Taşıyıcı ve klavuz yataklar Kaplin Şaft Türbin Giriş Vanaları Cebri borular

27 HİDROLİK TÜRBİNLER Hidrolik türbinler suyun, hidrolik akım enerjisini devamlı olarak döner çarklar ile mekanik enerjiye çeviren hidrolik makinelerdir. Hidrolik türbinleri üst basınç türbinleri ve serbest püskürtmeli türbinler olmak üzere iki ana gruba ayırabiliriz.

28 TÜRBİN - GENERATÖR KESİTİ

29 HİDROLİK TÜRBİNLER 1. Reaksiyon Türbinler (Reaction Turbines) Propeller Türbin Bulb Türbin Straflow Tubular Kaplan Francis 2. Ani Etkili Türbinler (Impulse Turbines) Pelton Türbin Cross Flow Türbin

30 HİDROLİK TÜRBİNLER

31 ÜST BASINÇ TÜRBİNLERİ Francis ve Kaplan tip türbinlerdir. Bu tip türbinlerde, türbin çark kanatlarının arasında suyun giriş basıncında bir düşme meydana gelir ve su basıncında meydana gelen bu düşme,suyun ivmelenmesine sebep olur.

32 FRANCIS TİPİ HİDROLİK TÜRBİN

33 FRANCIS TİPİ HİDROLİK TÜRBİN

34 FRANCIS TİPİ HİDROLİK TÜRBİN

35 SERBEST PÜSKÜRTMELİ TÜRBİNLER Pelton türbinleri bu sınıfa girer. Nozzle dan çıkan su jeti çark kanatlarına teğetsel olarak çarpar. Bu çarpma ile suyun hız enerjisi mekanik enerjiye dönüşerek türbin çarkını döndürür. Küçük güçlü pelton tipi hidrolik türbinlerde 1 veya 2 nozzle olmasına karşın büyük güçlü pelton tipi hidrolik türbinlerinde 4 veya 6 nozzle bulunur.

36 PELTON TÜRBİN VERİMLERİ

37 PELTON TÜRBİNLERİ Cebri borudaki basınçlı suyun potansiyel enerjisi, bir nozul ağzından püskürtülmek suretiyle Pelton türbini çarkları vasıtası ile kinetik enerjiye çevrilir. Bu püskürtme, çark odasındaki boşluğa olmak üzere, doğrudan doğruya atmosfere yapılır ve su, çarkın kepçe şeklindeki kanatlarına çarparak dönmeyi sağlar. Bu suretle hidrolik enerji mekanik enerjiye çevrilmiş olur. Buna tesir suretiyle suyun türbini çalıştırması denir. Yüksek düşülü santrallarda tercih edilir. Kovada HES de Pelton türbini kullanılmıştır. Kısmi yüklerde veriminin yüksek olması avantajı olmasına rağmen kapladığı hacmin büyüklüğü, fiyatının yüksek olması nedeniyle yerini Francis türbinine bırakmaya başlamıştır.

38 PELTON TÜRBİN TİPLERİ A. Yatay eksenli Pelton türbinleri : Tek nozullu Pelton türbinleri Birden fazla nozullu Pelton türbinleri B. Düşey eksenli Pelton türbinleri : Tek nozullu Pelton türbinleri Birden fazla nozullu Pelton türbinleri

39 YATAY TİP PELTON TURBİN

40 PELTON TİPİ HİDROLİK TÜRBİN

41 PELTON WICKET GATES

42 PELTON RUNNER

43 PELTON RUNNER

44 PELTON RUNNER

45 FRANCIS TÜRBİNLERİ Francis türbinlerinde su, Pelton türbinlerine nazaran daha düşük bir hızla salyangozun sabit kanatlarından geçerek ayar kanatlarına gelir. Ayar kanatları debiyi generatörden çekilen yüke göre ayarlayarak çarka gönderir. Çarktan çıkan su emme borusu yardımı ile kuyruk suyuna atılır. Bu türbinlerde Pelton türbinlerinin aksine suyun bütün geçitleri su ile tamamen doludur. Bu türbinlerde suyun hızından ileri gelen dinamik hareketin çok az bir kısmı güç temin eder. Buna mukabil gücün en büyük kısmı çark kanatlarında giriş ve çıkış noktalarındaki basınç farkında ileri, gelir. Buna aksi tesir suretiyle suyun türbini çalıştırması denir. Ülkemizde en çok kullanılan türbin tipi olup, çalışma aralığının yüksek oluşu ( m), işletme rahatlığı, fiyatının düşük, veriminin yüksek olması tercih nedenlerindendir. Yatay eksenli Francis türbinleri daha ziyade küçük güçlü santrallarda kullanılır.

46 FRANCIS TÜRBİNLER Avantajları : Çalışma aralığının yüksek oluşu ( m), işletme rahatlığı, fiyatının düşük,veriminin yüksek olmasıdır. Francis türbin tipleri : a. Yatay eksenli Francis türbinleri b. Düşey eksenli Francis türbinleri Yatay eksenli francis türbinleri daha ziyade küçük güçlü santrallarda kullanılır.

47 DÜŞEY FRANCIS TÜRBİN

48 STAY-VANE

49 FRANCIS RUNNER

50 FRANCIS RUNNER

51 WICKET GATES

52 KAPLAN TÜRBİNLERİ Kaplan türbinleri Francis türbinlere benzemektedir aralarındaki fark çarkın şeklidir. Bu türbinlerde çark şafta tesbit edilmiştir dört adet kanattan meydana gelmiştir. Çark kanatları türbinin tipine göre verimi yükseltmek amacıyla hareketli de imal edilebilir. Bu türbinlerde suyun ayar kanatlarına giriş kısmı, alçak düşüler için açık veya basınçlı su odası şeklinde olur. Daha yüksek düşülerde basınç arttığından, Francis türbinlerinde olduğu gibi çelik saçtan ve betona gömülmüş salyangozlar kullanılır. Diğer kısımlar Francis türbinlerinde olduğu gibidir.

53 KAPLAN TÜRBİNLERİ Avantajları : Debi değişikliklerinde veriminin yüksek oluşudur. Dezavantajları : Kapladığı hacmin büyüklüğü, türbin eksen kotunun düşük olması nedeniyle inşaat maliyetinin yüksek oluşudur. Kaplan Türbin Tipleri a. Rotor kanatları sabit Kaplan türbinleri b. Rotor kanatları hareketli olan Kaplan türbinleri

54 DÜŞEY KAPLAN TÜRBİN

55 DÜŞEY KAPLAN TÜRBİN

56 BULB TÜRBİN

57 YATAY KAPLAN TÜRBİN

58 PROPELLER RUNNER

59 KAPLAN RUNNER

60 KAPLAN BLADE

61 KAPLAN BLADE

62 KAPLAN BLADE

63 PİT TÜRBİN

64 BORU TİPİ (S TÜRBİNLERİ) TÜRBİNLER Küçük düşü, yüksek debili santrallerde kullanılan bir türbin tipidir. Salyangozların bulunmadığı ve daha ziyade düzgün rejimli nehirlerde veya nehirlerin akım rejimleri düzenlenmiş olan kısımlarında ve bir boru içine yerleştirilebilecek şekilde imal edildikleri için boru tipi adını alırlar. Yatay eksenli veya eğik eksenli olurlar. Bu tip türbin olan Bulb türbini olarak Karkamış barajında kullanılmıştır.

65 BORU TİPİ (S TÜRBİNLERİ) TÜRBİNLER

66 EMME BORUSU Günümüzde beton yapıların demir malzemelere sabitlendiği yerlerde en çok kullanılan emme borusu tipi dirsek tipidir. Emme borularının genel yapılanışları Araştırma Laboratuarlarında enerji santrallarında kullanılabilmesini garanti etmek için derinlemesine kontrol edilmektedir. Kaynaklı yapılarda, emme borusu genel yapısında çelik plakalardan oluşur. Emme borusundaki su basıncını azaltmak amacıyla, hem teorik hemde pratik olarak gerektiği durumlarda hava giriş sistemleri gerekli görülmektedir.

67 HİDROELEKTRİK SANTRAL

68 EMME BORUSU

69 EMME BORUSU

70 SALYANGOZ Cebri boru sonuna monte edilen, salyangoz biçimindeki basınçlı su haznesi, suyun çarka çevresel olarak ve her bir noktadan eşit debide girmesini sağlar. Çevresel olarak sabit kanatçıkları suya yön verir, açılıp-kapanabilir kanatçıkları ise çarka verilen suyun debisini ayarlar. Çoğu santralda, cebri boru ile salyangoz birleşme noktasında kelebek ya da küresel tabir edilen, hidrolik basınç ile çalışan, cebri boru çapına uygun vanalar bulunur. Bazı santrallarda bu vana tesis edilmeyebilir.

71 SALYANGOZ

72 ANA ŞAFT Türbinlerde kullanılan ana şaftlar yüksek kalite dövme karbon çelikten imal edilir. Ana şaft doğrudan generator şaftına veya flanş bağlantısı ile ara şafta bağlanır. Şaft yüzeyi, sızdırmazlık contasının içinden geçer ve paslanmaz çelikten yapılmış bir gömlekle yıpranması önlenir.

73 ANA ŞAFT

74 TÜRBİN TİPİNİN SEÇİMİ Net hidrolik düşüsü ve debisi tespit edilmiş olan bir hidrolik türbinin tipi, türbin imalatçıları tarafından hazırlanmış abaklardan seçilirler. Türbin tipi, geometrisi ve boyutları aşağıdaki kriterlerle belirlenmektedir. Net düşü Türbinden geçen debinin miktarı Ünite hızı Fiyatı

75 TÜRBİN TİPİNİN SEÇİMİ Türbin seçiminde dikkate alınması gereken ilk kriter net düşü değeridir. Layman s Guide Book a göre H (m ) Türbin Tipi Düşü sınırları Kaplan 2 <H <40 Francis 10< H <350 Pelton 50< H <1300 Ünitelerin seçimini Layman s Guide Book ve U.S.B.R. Verilen Application diagram for types of hydraulic turbines ile yapabilirsiniz.

76 TÜRBİN TİPİNİN SEÇİMİ

77 TÜRBİN TİPİNİN SEÇİMİ

78 TÜRBİN TİPİNİN SEÇİMİ

79 ESCHER WYSS SU TÜRBİNİ

80 DÜŞÜ KAYBI Suyun alındığı Baraj veya Regülatörden, Santralın kuyruk suyuna kadar olan kısımlardaki bütün düşü kayıplarının toplamıdır. Kayıpların büyük bir kısmı sürtünmeden ileri gelir.ikinci derece kayıplar denilen ve sürtünme kayıplarına göre çok daha az olan başlıca lokal (yerel) kayıplar aşağıda verilmiştir. 1. Yerel Kayıplar Izgara kaybı Giriş kaybı Giriş kapağı kaybı Tranzisyon kayıpları Kurp kayıpları Vana kayıpları 2. Sürtünme kayıpları Enerji tüneli kaybı Çelik cebri boru kaybı

81 NET DÜŞÜ Türbin seçiminde ana kriter olan düşü : Max. net düşü = Max. su seviyesi-(bir ünite çalışırken kuyruk suyu seviyesi+kayıplar.) Nor. net düşü = Nor. su seviyesi-((n) ünite çalışırken kuyruk suyu seviyesi+kayıplar.) Min. net düşü = Min. su seviyesi-((n) ünite çalışırken kuyruk suyu seviyesi+kayıplar) olarak hesaplanır.

82 ELDE EDİLECEK ENERJİ E = 9.81 * Q * H n * n n = n t * n g * n tr (toplam kayıp katsayısı) H n = Net düşü H n = Ho - DH H o = Brüt düşü DH = Toplam düşü kayıpları n t : Türbin verimi n g : Generatör verimi n tr : Trafo verimi

83 SANTRALLADAKİ ENERJININ İZLEDİĞİ YOL GENERATÖRLER - BARA,KABLO - TRANSFORMATÖR- ŞALT TEÇH. ENH

84 TÜRBİN VERİMİ

85 TÜRBİN VERİMİ

86 TÜRBİN ÖZGÜL HIZI Bir birim metre düşü ve bir birim m 3 debide Türbin özgül hızı Türbin tiplerine bağlı olarakaş ağıdaki formüller ile bulunur. Francis türbinler için, A.Oesterlen Voith U.S.A.Bureau Reclamation

87 TÜRBİN ÖZGÜL HIZI Kaplan türbinler için, Mazarof U.S.A.Bureau Reclamation F.Leva ve F.Siervo

88 TÜRBİN ÖZGÜL HIZI Pelton Türbinler için, n s = 85.49/H 0,243 (Siervo 1978 ) n sj = n *( Pt/ J ) 05 * Hn Nq= n * ( Q/J ) 0,5 * 1/ Hn 0,75

89 TÜRBİN ÖZGÜL HIZI

90 TÜRBİN ÖZGÜL HIZI

91 TÜRBİN DEVİR SAYISININ TESPİTİ Hidrolik türbinlerin ön projelendirilmesi sırasında türbin gücü, türbin tipi, ve özgül devir sayısı tespit edildikten sonra türbin devir sayısı tespiti için: n=n s x(hd) 1.25 /(P) 0.5 ampirik formülünden türbin devir sayısı tespit edilir. Burada dikkat edilmesi gereken en önemli husus, hidrolik düşüden azami gücün elde edilmesi için özgül devir sayısı ns in maksimum değeri ve türbin devir sayısı n in bir alt değeri seçilmelidir. Türbin devir sayısı arttıkça türbin ve generatör ebatları ile santral binasının boyutları küçülür. Fakat buna mukabil türbinin kavitasyon olayı tehlikesine karşı daha derine tesis edilmesi gerekir ve bu nedenle hafriyat bedeli artar.

92 AMBALMAN HIZI ( RUNAWAY SPEED ) Generatör sistemden ayrı ve ünite tam kapak açıklığında çalışırken meydana gelen hızdır. Bu hız hiçbir zaman normal hızın % 275 ini geçmemelidir. Ambalman hızı aşağıdaki formülle hesaplanır.

93 AMBALMAN HIZI ( RUNAWAY SPEED )

94

95

96 TÜRBİN ANA EKİPMANLARININ ÖLÇÜLENDİRİLMESİ Türbin Çark Çapı: (D 3 )

97 TÜRBİN ANA EKİPMANLARININ ÖLÇÜLENDİRİLMESİ Hd= Hn= Net düşü (m ) n= Türbin Devir sayısı ( d/d ) ns =Türbin Özgül Sayısı (d/d ) D3 = Türbin Çark Çapı Türbin ve emme borusu (draft tube) boyutları D3 ün bir yüzdesi olarak verilmiştir.

98

99

100 KAVİTASYON HESABI VE TÜRBİN EKSEN KOTUNUN BELİRLENMESİ Türbin eksen kotu ile kuyruk suyu minumum su seviyesi (Tek ünite tam kapak açıklığında çalışırken )arasındaki fark, hesap edilen değerden farklı olması durumunda türbinde vuruntu, aşınma (Kavitasyon ) oluşur. Toplam emme yüksekliği ( total draft head ) Z ( Toplam emme yüksekliği) = Hs+b (m ) Hs(Statik emme yüksekliği ) = Hb σhd (m ) Hb(Atmosfer basıncı ile buharlaşma basıncı arasındaki fark )= Ha Hv (m ) Ha= Atmosfer ( hava ) basıncı (m ) Hv = Buharlaşma Basıncı (m ) Hd= Türbin tam kapak açıklığında çalışırken maksimum düşü (m ) σ = Thoma katsayısı

101 THOMA KATSAYISI Francis Türbinler için: Bureau of Reclamation: Masonyi: I. Water Power and Dam Const.:

102

103 HIZ ARTIMI ( SPEED RİSE ) Türbin regülatör ( governer ) kontrolü altında çalışırken ve generatörde normal ( design ) hızında iken yükün, aniden ve tamamen atılması halinde meydana gelecek hız artışına, hız artımı ( speed rise ) denir. Müstakil olarak çalışan büyük güçlü ünitelerde hız artımı % 35 veya 45 olabilir. Fakat hiçbir surette hız artımının % 60 ı geçmesine müsaade edilmez. ( küçük güçlü ünitelerin hız artışı % 60 a kadar çıkarılabilir ) Aksi halde büyük titreşimler oluşur ve arızalara sebep olur. Onun için, türbin ve generatör speed rise ve runaway speed e dayanacak şekilde projelendirilmelidir.

104 HIZ ARTIMI ( SPEED RİSE ) n = Türbin hızı ; (d/d) nr = Ambalman hızı (hesap düşüsü ve tam kapak açıklığında ) ; (d/d) ns = Özgül hız ; (d/d) hd = Net hesap düşüsü ; (m) hmax = Maksimum düşü ; (m)

105 BARAJ ve HES lerde BULUNAN MUHTELİF MEKANİK TEÇHİZAT DENGE BACASI VE CEBRİ BORULAR Çelik borular gömülü, yarı gömülü veya tamamen açık olarak yerleştirilirler. Genellikle cebri borular aşağıdaki elemanlara sahiptir. Genleşme Contası Fleksibıl Conta Mesnetler Tespit Kitleleri Kurplar Takviye Çemberleri Branşmanlar Menholler Hava tahliye vanası Emniyet vanası, by-pass tertibatı Tahliye boruları ve vanaları

106 DENGE BACASI Basınçlı boru sistemlerindeki basınç değişimlerini düzenliyerek cebri boruların en ekonomik boyutlarda (boy, çap, et, kalınlığı) kalmalarını ve iyi bir regülasyonla türbinlerin verimli çalışmalarını sağlayan yapıdır.

107

108 DENGE BACASI (surge tank) Bir hidroelektrik santralde türbinlerin ani kapanması, diğer bir deyimle yük atması (elektrik şebekesindeki bir arızadan veya şebekede yük azalması nedeni) ile, cebri boru veya tünel içinde hareket halinde olan su kitlesi aniden yavaşlar. Belirli bir ivmeye sahip bu su kütlesi, cebri boruların alt uçlarından büyük basınç artışlarına neden olur. Buna su darbesi veya su koçu (water hammer) denir. Bu basınç artışı, cebri boru ve tünel içinde basınç dalgaları halinde membaya doğru yayılır gider. Denge bacası, bu basınç dalgalarını kendi serbest yüzeyinde keserek daha membaya gitmesine engel olur ve bu suretle tünelin denge bacası membaındaki kısmı, aşırı basınçtan korunmuş olur. Kırılmış basınç dalgalarının çok az kısmı, denge bacasının memba tarafına geçerse de bunun tünel üzerindeki tesiri çok azdır ve ihmal edilebilir.

109 SU DARBESİ (WATER HAMMER) ( water hammer ) ; hmax = 2vL / gtc ; (m) L = Kapalı sistemin toplam boyu (denge bacası-türbin arasındaki toplam boy = diğer bir deyimle, basınç dalgalarının alacağı toplam yol ) L = Denge bacası şaftı + Denge bacası cebri boru arasındaki tünel boyu ( varsa ) + cebri boru ; (m) V = Kapalı sistemdeki ortalama hız ; V = ViLi / L ; (m/sn) Tc = Türbin kapama süresi (6-8 saniye) ; (sn) g = Yerçekimi ivmesi (9,81) ; ( m/sn2) H0 + hmax = Cebri boru alt ucunda oluşacak maksimum basınç ;(m)

110 DENGE BACASI (surge tank) Denge bacası koymakla kapalı sistemin boyu kısaltılmış ve bu suretle cebri boruda oluşacak aşırı basınç düşürülmüş olur. Bu ise cebri boruda ekonomi sağlar ve su darbesi ile tehlike riskini azaltır. Basınç artış oranı ; hmax= basınç artışı (m) h= türbin üzerindeki net düşü (m) Bu değer aşağıda verilen oranları aşmamalıdır. 50 metreye kadar düşülerde % metreye kadar düşülerde % metreye kadar düşülerde % 15

111 DENGE BACASI (surge tank) Denge bacasının en önemli görevlerinden birisi de, türbinde regülasyonu sağlamaktır. Türbin çalışmaya başlarken veya çalışırken aniden yük ihtiyacı artarsa türbinin de fazla suya ihtiyacı artar. Yataya yakın eğilimli tünelin içindeki su kütlesine yeteri ivme sağlanamazsa, çok eğilimli cebri boru ile tünelin birleştiği yerdeki su akımında kesiklik bile olabilir. Bu suretle türbin çalışmaz veya verimi düşer.

112 VOLAN TESİRİ ( FLYWHEEL EFFECT* ) : Bir hidroelektrik santralden en yüksek verimin sağlanabilmesi için, su alma yapısından kuyruk suyuna kadar suyun geçtiği bütün yolların hidrolik şartlara uygun olarak ve en az düşü kaybı ile çalışacak şekilde projelendirilmiş olması yanında, türbinde çok iyi bir regülasyonun sağlanması gerekmektedir. Türbin volan tesiri ( flywheel effect* ), sistemde dengeleyici rol oynarken; kapalı sistemdeki ( cebri boru veya cebri boru + tünel ) su sütunu da dengeyi bozucu rol oynar. Türbinde regülasyona etki eden bu etkenin, aşağıda belirtildiği şekilde sağlanması gerekmektedir.

113 VOLAN TESİRİ ( FLYWHEEL EFFECT) Volan (Flywheel ): Düzgün olmayan tesir (torque) den ileri gelen hız dalgalanmalarını azaltmak veya kinetik enerjiyi sönümlemek için mile bağlanan tekerlek veya volana denir. Genellikle WR² (veya G D²) imalatçılar tarafından verilir. Fakat, ilk hesaplar için aşağıdaki formül kullanılabilir. Türbin için ;

114 VOLAN TESİRİ ( FLYWHEEL EFFECT* ) : ; (sn) veya; Tm= Türbin açma süresi (sn ) n = Türbin devir sayısı ; (d/d) P = Tam kapak açıklığında türbin gücü ; (B.G.) WR² (veya G D²) = Ünitenin hareketli kısımlarının toplam eylemsizlik (atalet) momenti; (kg m²) W (veya G) = Hareketli kısmın ağırlığı ; (kg) R (veya R= D/2) = Eylemsizlik yarıçapı ; (m)

115 CEBRİ BORULARIN KULLANIM YERLERİ Barajlarda cebri borular çeşitli amaçlarda kullanılır. Baraj ister sulama ve/veya içme suyu temin amaçlı olsun isterse bunlara ilave enerji amaçlı olsun hepsinde dipsavak bulunur. Dipsavaklar barajın bitmesinden sonra yapılan membadan suyun alınarak mansaba kontrollü olarak verilmesini sağlayan yapılardır. Enerji cebri boruları ise suyu giriş yapısından santralda türbinlere aktarmak maksadıyla kullanılmaktadır. Enerji cebri boruları girişte yer alan ızgara ve servis kapağının belli bir mansabından başlar ve çeşitli kurp, dirsek,ve branşmandan sonra santrala ulaşır.

116 CEBRİ BORU İlk yaklaşım olarak cebri borunun minimum et kalınlığı aşağıdaki ampirik formüllerle kontrol edilebilir a. Cebri borunun nakliye ve montaj şartları dikkate alındığında minimum et kalınlığı tmin D : pas payı dahil min et kalınlığı (mm) : cebri boru iç çapı (mm) b. İç basınca göre mukavemet kontrolu : hoop gerilmesi (kg/cm2) P : iç basınç (kg/cm2) t : et kalınlığı (cm) : pas payı (cm) : kaynak faktörü (genellikle 0.9)

117 CEBRİ BORU Tespit kitlesi Takviye ringi Kayar Mesnet

118 CEBRİ BORU GÜZERGAHI Kesinlikle heyelan bölgesinden, yamaç molozu, kil veya benzeri zayıf zeminlerden geçirilmemelidir. Yüzeyde sağlam zemin bulunamıyorsa şaft ve tünel sistemi seçilmelidir. Cebri borularda fazla kurp yapılmadan ve en az kazı yapılacak şekilde güzergah seçilmi yapılmalıdır. Kurp noktaları kaya veya çok sağlam zeminin oluşturduğu yerlerde seçilmelidir. Keskin kurplarda büyük mesnet kuvvetlerinin oluşacağı hatırdan çıkarılmamalıdır.

119 CEBRİ BORU EKONOMİK ÇAP ANALİZİ Kesin proje hazırlanırken, cebri borular için mutlaka detaylı ekonomik çap analizi yapılmalıdır. Ancak, fizibilite kademesinde ilk etütler yapılırken ekonomik hızlar veya amprik formüller kullanılarak ekonomik çaplar seçilebilir. Bunlar, sabit çaplı, kısa cebri borular için oldukça yaklaşık değerler verebilirler. a) Ekonomik Hızlar Kullanılarak Çap Seçilmesi; Cebri borunun üst kısımlarında 3-3,5 m/sn ve alt kısımlarında 5-7 m/sn bir hız kabul edilerek yaklaşık bir çap tahmini yapılabilir. Ancak cebri borudaki su silt v.s gibi aşındırıcı madde taşıyorsa maksimum hız 3-5m/sn yi geçmemelidir. Ekonomik çap seçimi için verilen hız formülü V=0,125 (2gh) ; (m/sn) h=hesap düşüsü m g= 9,81 m/sn yer çekimi ivmesi Cebri borudan geçecek belirli bir Q debisi ve verilen bu hızlardan biri kullanılarak yaklaşık bir cebri boru çapı seçilebilir.

120 CEBRİ BORU EKONOMİK ÇAP ANALİZİ b) Amprik Formüllerle Ekonomik Çap Seçimi (Sarkaria Formülü); Bier Formülü; Davis Formülü;

121 CEBRİ BORUDAKİ SU SÜTUNUN TESİRİ Regülasyonla etki yapan ikinci faktör, türbin üzerindeki su sütunun yeteri ivmeyi kazanabilmesi için geçen süredir. Diğer bir deyimle, debinin sıfır hızından maksimum hıza erişinceye kadar geçen zamandır. Buna Tw dersek; Tw = su sütunu ivme süresi (sn) Li = Cebri boru boyu (denge bacasından kuyruk suyuna kadar her bölüm için ayrı ayrı dikkate alınacaktır.); (m) Vi = Her bölümdeki cebri boruya ait hız ; (m/sn) g = Yer çekimi ivmesi = 9,81 (m/sn)

122 CEBRİ BORUDAKİ SU SÜTUNUN TESİRİ Bureau of reclamation standartlarına göre eğer ; Tm>2Tw ² veya Tm/2> Tw ² ise, o ünitede iyi bir hız regülasyonu sağlanabiliyor demektir. Ancak, yukarıdaki şart işletme esnasında bütün düşülerde sağlanmalıdır.

123 VANALAR Vanalar barajların ve hidroelektrik santraların cebri borularında dipsavaklarında kullanılmaktadır. Genellikle düşülerin 25 metreden debilerin 5 m³/s den fazla olduğu yerlerde kullanılmaktadır. Düşünün az olduğu nehir ve kanal santralarında türbin giriş vanası olarak sürgülü kapak yeterli emniyet sağlasa bile orta ve yüksek düşülü santrallarda daha hızlı açma kapama ve daha emniyetli olması açısından kelebek ve küresel vanalar tercih edilirler.

124 VANALAR a. Cebri Boru Emniyet Vanası : Amacı: Cebri boruda arıza, çöküntü veya yarılma, kayma olursa hız artışı sebebi ile otomatik olarak bu vana kapanır ve bu suretle cebri boru ve ilgili tesiler daha fazla zarara girmeden kurtulmuş olurlar. Yeri: Tünel çıkışına veya cebri boru baş tarafına konur b.türbin Vanası : Amacı: Gerektiğinde cebri boruyu kapayarak türbine su girmesini önlemektir. Yeri: Türbinin hemen membasına konulmalıdır.

125 EMNİYET VANALARI Bazı vanalar hem emniyet hemde ayar vanası olarak kullanıldığı halde kelebek vanalar ayar vanası olarak kullanılmazlar 1) Sürgülü vana 1) Kelebek vana 2) Tekerlekli veya Caterpillar kapak 2) Küresel vana

126 KELEBEK VANA (biplane)

127 AYAR VANALARI Sürgülü vana Üstü sızdırmaz radyal kapak Konik vana

128 SÜRGÜLÜ VANA Hidrolik silindir Kapak şaftı

129 KAPAKLAR Barajlarda genel olarak iki tip kapak kullanılmaktadır. 1-Düz kapaklar. Düz kapaklar hidrolik santrallerin kuyruk sularında, enerji tünellerinde, su alma giriş yapılarında, gövde yapılarında, radyal kapak önlerinde ( Batardo kapağı) vs. kullanılır. Düz kapaklar giriş yapısına göre düşey veya eğik (açılı) şekilde de kullanılabilir.

130 CATERPILLAR KAPAK

131 RADYAL KAPAKLAR Dolu savakta biriken fazla suların tahliyesi için bu kapak kullanılır. Radyal kapakların yuvaları da radyal yapıdadır. Düz kapaklarda olduğu gibi radyal kapaklarda su sızmasını önlemek için alt ve yan kısımlarda lastik sızdırmazlık contaları kullanılır. Radyal kapakları açıp kapatmak için mekanik veya hidrolik kaldırma mekanizması kullanılır. Radyal kapaklarda yapılacak revizyonlar için kapağın memba kısmına düz kapak (batardo kapağı) konulur. Bu kapak bilhassa su rezervi çok olan barajlarda gereklidir. Fakat su rezervi az olan barajlarda batardo kapağı yuvası yapılır ama kapak yapılmayabilir.

132

133

134 IZGARALAR USBR-Bureau of Reclamation Design Standardts a göre tayin edilmektedir: Lama et kalınlığı : (t) en az 3/8 (9.5 mm) alınmalıdır. Lama genişliği : (l )= 2 < l <12t olmalıdır. Izgaraların birbirinden bağımsız serbest boyu : (L) L<70.t alınmaktadır. Izgaraların yüzeyindeki su yükü 3-8 T/m2 alınır. Izgaralarda müsaade edilen maksimum sehim L/500 (cm) uygun görülmektedir. İstenen bu şartlara göre ızgara dizayn edilir.

135 KALDIRMA SİSTEMLERİ Kaldırma sistemlerini; genel olarak 3 ana başlık altında toplayabiliriz. Mekanik sistem; kapakların kaldırılıp indirilmesi; vanaların açılıp kapatılmasında, Hidrolik sistem; daha ziyade büyük kuvvetlere ihtiyaç duyulduğunda bu sistem tercih edilir. Kapakların kaldırıp indirilmesi, vanaların açılıp kapatılması ve türbin ayar kanatlarının yönlendirilmesinde. Pnömatik sistem; hızın önem arzettiği durumlarda öne çıkar. Ünite frenlemesinde, şalt sahasında kullanılır. DSİ hidromekanik teçhizat uygulamalarında fazla yer almamaktadır.

136 KALDIRMA SİSTEMLERİ Mekanik Kaldırma Sistemleri : Mekanik kaldırma sistemi elemanlarını genel olarak şu başlıklar altında toplayabiliriz; tahrik motoru, dişli kutusu, fren, tambur, makaralar, kanca bloku ve halatlar. Tüm bu elemanların projelendirilmesi, mekanik, makina elemanları ve ilgili normlardan faydalanılarak yapılır. Hidrolik Kaldırma Sistemleri : Büyük kaldırma kuvvetine ihtiyaç duyan kapakların (Enerji giriş yapısı, Dipsavak, Radyal kapak vs) kaldırılıp indirilmesi, Büyük açma ve kapama momenti gerektiren vanaların (Kelebek, Küresel, Konik vana ) açılıp kapatılması, Türbin ayar kanatlarının sevki ve ünitenin yük durumuna göre regülasyonu yine hidrolik sistemlerle gerçekleştirilir.

137 BARAJLARDA ve HİDROELEKTRİK SANTRALLARINDA KULLANILAN VİNÇLER Elektromekanik ve hidromekanik teçhizatın çeşidine ve tipine göre özel olarak tasarlandıkları için çeşitlilik arz ederler. Bir barajda kullanılan bir vinç diğer bir barajda aynı teknik özellikleri sağlayamadıkları için kullanılamazlar. Baraj vinçleri kullanım amacı bakımından çok çeşitlilik arz eder. (Enerji giriş kapağı vinci, Santral binası ana vinci, Dipsavak vana odası vinci vs.) Barajlarda tasarım olarak genellikle 3 çeşit vinç kullanılmaktadır. Köprülü gezer tavan vinci (Çift kirişlidir) Portal veya gantry vinç (Ayaklı vinç ) Monoray vinç (Tek kirişlidir)

138 BARAJLARDA ve HİDROELEKTRİK SANTRALLARINDA KULLANILAN VİNÇLER Barajlarda ve Hidroelektrik Santrallarında kullanım amacı bakımından genellikle kullanıldıkları teçhizatın ismi ile anılan başlıca vinçler aşağıda sıralanmıştır. Santral Gezer Vinci Vana Odası Vinci Emme Borusu Kapakları Vinci Atelye Vinci Dizel Odası Vinci Dolusavak Kapakları Vinci Enerji Giriş Kapağı Vinci Dipsavak Vana Odası Vinci

139 KAPASİTE SEÇİMLERİ kaldırma-indirme fonksiyonları sırasında ortaya çıkabilecek maksimum ağırlık vinç kapasitesinin belirlenmesinde en önemli Kullanıldıkları hidromekanik ve elektromekanik teçhizatın etkendir. Santral vinci sadece türbin-generatör grubunun montaj ve demontajında kullanılacağı için bu teçhizatın en ağır parçası olan rotor ağırlığına göre vinç kapasitesi belirlenir.

140 TÜRBİN ÇARKININ MONTAJI

141 STATOR MONTAJI

142 ŞANLIURFA HES 100 TON PORTAL VİNÇ

143 VİNÇ ARABA KÖPRÜ KİRİŞİ MONORAY VİNÇ KUMANDA KABİNİ

144 PORTAL VİNÇ YAKALAMA KİRİŞİ BATARDO KAPAĞI

145 PORTAL VİNÇ

146 MONTAJ SAHASINDA STATOR KARKAS MONTAJI

147

148

149

150 ŞALTSAHASI TEÇHİZATI Kesici Ayırıcı Akım gerilim transformatörleri Parafudurlar Hat tıkaçları Baralar Askı ve mesnet izolatörler Çelik yapılar MCC panoları

151