regulacja kÂąta Âłopatek w turbinie elektrowni H2O, Itaipu

[PHIRIOORI]

 PotrzebujĂŞ pomocy w sprawie technicznej,
czy ktoÂś moÂże mi naÂświetliĂŚ, na jakiej zasadzie dziaÂła

regulacja kÂąta nachylenia Âłopatek w elektrowni wodnej (2 najwiĂŞkszej na Âświecie) w Brazylii?
Chodzi o tĂŞ elektrowniĂŞ: http://pl.wikipedia.org/wiki/Itaipu
http://energetyka.wnp.pl/brazylijskie-metropolie-bez-pradu,93745_1_0_0.html


W zaporze w œrodku s¹ poziomo obracaj¹ce siê le¿¹ce turbiny (na osi pionowej),
o zmiennym kÂącie natarcia Âłopatek.
Jak to konkretnie jest rozwiÂązane? Mechanizm regulacji i sterowania Âłopatek?
edit:Jak konkretnie rozwiÂązany jest mechanizm regulacji i sterowania kÂąta poÂłoÂżenia Âłopatek?

..to dosyĂŚ pilne jest

PomoÂże ktoÂś?

http://biznes.onet.pl/po-poteznej-awarii-brazylia-znowu-ma-prad,18577,3057257,1,news-detal

[forrest]

Szczerze mówi¹c to nie znam siê na tego typu elektrowniach ani w ogóle na energetyce, ale powiem, co mi podpowiada intuicja - mam nadziejê, ¿e to nie bêdzie dla Ciebie zbyt banalne. Otó¿ jak masz na przyk³ad skrzyd³o samolotu, to na górnej powierzchni skrzyd³a w ogólnym przypadku warstwa przyœcienna jest najpierw laminarna (czyli linie pr¹du w pobli¿u brzegu skrzyd³a sa g³adkie), dalej jest turbulentna a jeszcze dalej jest strefa oderwania przep³ywu (to jest obszar, gdzie strugi powietrza zawracaj¹ - tak siê powietrze "kot³uje"). Ujmuj¹c sprawê w uproszczeniu, si³a noœna nie powstaje na dolnej powierzchni skrzyd³a (tak jak w latawcu), tylko na górnej powierzchni skrzyd³a powstaje podciœnienie (bêd¹ce przyczyn¹ powstania si³y noœnej). Tylko ¿e ta si³a noœna powstaje w tym obszarze na powierzchni skrzyd³a, gdzie nie ma oderwania przep³ywu. Im wiêkszy jest k¹t natarcia (czyli im bardziej strumieù powietrza nap³ywa "od spodu" skrzyd³a), tym bardziej granica obszaru oedrwania przesuwa siê w kierunku krawêdzi natarcia - czyli maleje obszar, na którym wytwarzana jest si³a noœna. Do pewnego momentu op³aca sie zwiêkszaÌ k¹t natarcia, gdy chodzi o zwiêkszenie si³y noœnej; ale od "pewnego momentu" zwiêkszaniu k¹ta natarcia towarzyszy na tyle du¿e zwiêkszanie siê obszaru oderwania i towarzysz¹cy mu spadek si³y noœnej, ¿e nastêpuje spadek si³y noœnej. Czyli jest pewien k¹t natarcia, dla którego si³a noœna osi¹ga maksimum. Jeszcze jest si³a oporu, której zale¿noœÌ od k¹ta natarcia wyjaœnia, dlaczego nie lata siê na du¿ych k¹tach natarcia - odpowiadaj¹cych maksymalnej sile noœnej.
I - tak zgadujê - podobnie mo¿e byÌ z turbin¹ wodn¹. Tylko ¿e w cieczy jest zjawisko kawitacji. Ja mówi³em o oderwaniu przep³ywu w odniesieniu do powietrza (oœrodka œciœliwego). Pewnie ta regulacja ma s³u¿yÌ znalezieniu takiego punktu, w którym turbina bêdzie pracowa³a najbardziej wydajnie. Ale szczegó³owo siê nie wypowiem, bo to s¹ tylko moje przypuszczenia...

[PHIRIOORI]

MoÂże niejasno sprecyzowaÂłem, wiĂŞc poprawiam.

Mi tu Chodzi konkretnie o sposĂłb sterowania regulacjÂą tego kÂąta Âłopatek (turbina jest w nieustannym ruchu obrotowym).

Wyjaœnie to bardziej szczegó³owo: jest oœ , na niej ilestam ³opatek dooko³a w ko³o. Ale kazda znich jest jakby na swojej osi (które s a na tym zewnêtrznym kole roz³o¿one).... no i ³opatki synchronicznie moga mieÌ regulowany ten k¹t w jakimœ zakresie.

Chodzi o samo sterowanie zmian tego ustawienia Âłopatek.


Kolaga tu wyjaÂśniÂł idee wytwarzania ciÂągu z naporu oÂśrodka w ruchu.
Ale to inny temat.
Tak, w wodzie jest podobnie.
W Itaipu zmiana kata  raczej  nie mana celu odnajdywania "maxymalnej noÂśnej", bo ciÂśnienie,gĂŞstoœÌ wody jest staÂłe.
Tu raczej chodzi o dopasowanie do zmian zapotrzebowania na podaÂż wytwarzanego pradu.

[Hans Olo]

No problem. Do turbiny doprowadzany jest sygnaÂł elektryczny, w ogromnej piaÂście znajduje sie zapewne ukÂład siÂłownikĂłw hydraulicznych (przy takich siÂłach tylko hydraulika moÂże zapewniĂŚ odpowiednie siÂły przeciwstawne). Wszystko dziaÂła na zasadzie sprzĂŞÂżenia zwrotnego z pomiaru mocy zuÂżywanej przez odbiorcĂłw. JeÂśli prÂąd roÂśnie, to siÂłowniki dostosowujÂą poÂłoÂżenie Âłopatek tak by turbina krĂŞciÂła siĂŞ szybciej.
Sama teoria sterowania to lata nauki, wiêc z pewnoœci¹ nie zrozumiesz wszystkiego, ale tak wygl¹da opis matematyczny najprostszego znanego uk³adu steruj¹cego, gwarantuj¹cego dobr¹ jakoœÌ sterowania:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Regulator_PID
Zapis matematyczny pomoÂże zrozumieĂŚ definicja i opis transformacji Laplace'a
http://pl.wikipedia.org/wiki/Transformata_Laplace'a

Zapewne ukÂład sterowany nie jest liniowy (PID zaleca siĂŞ do liniowych), wiec do tego pewnie doÂłoÂżono system identyfikacji i adaptacji parametrĂłw, lub w ogĂłle zastosowano zupeÂłnie inny algorytm taki jak np. sterowanie odporne
http://en.wikipedia.org/wiki/Robust_control
http://en.wikipedia.org/wiki/Adaptive_control

MoÂżliwe teÂż, Âże obecnie stosowany juÂż jest duÂżo bardziej nowoczesny algorytm oparty o sieci neuronowe, ktĂłry zupeÂłnie nie wymaga dobrej znajomoÂści parametrĂłw ukÂładu i uczy siĂŞ caÂłkowicie sam dziĂŞki strojeniu online.
http://www2.ar-kari.put.poznan.pl/~ww/sn-r_wyklD.pdf
Powyzszy wykÂład nie omawia uczenia online, ktĂłre jest bardzo skomplikowanym algorytmem

[arteq]

Ten algorytm zwykÂło nazywaĂŚ siĂŞ "fuzzy logic".

Element wykonanwczy regulatora wyglÂąda w uproszczeniu nastĂŞpujÂąco:



Na powyÂższym rysunku przedstawiona jest regulacja zarĂłwno poprze zmianĂŞ kÂąta nachylenia Âłopatek w kierownicy [1] jak teÂż samych Âłopatek turbiny [6]

Rys po lewej - Schemat ukÂładu do zmiany kÂąta ustawienia Âłopatek kierowniczych turbiny Kaplana
1.ÂŁopatka kierownicza, 2.DÂźwignia czopa Âłopatki, 3.ÂŁÂącznik, 4.PierÂścieĂą regulacyjny, 5.CiĂŞgno serwomotoru

Rys po prawej - Mechanizm przestawiania Âłopatek wirujÂących turbiny Kaplana
1.DrÂąg przestawczy, 2.KrzyÂżak, 3.ÂŁÂącznik, 4.DÂźwignia, 5.Czop Âłopatki, 6.ÂŁopatka

[PHIRIOORI]

MoÂże niejasno sprecyzowaÂłem, wiĂŞc doprecyzowuje:

@Hans
Nie chodzi mi o wzory i zÂłozone matematyczne obrazy.
Mi chodzi o PRAKTYCZNE konkretne rozwiÂązanie, jakie tam jest (lub mogÂłobybyĂŚ zamiennie).

A dokÂładnie:
jak informacja jest przekazywana do siÂłownikĂłw HydrAu ..Licznych.

arteq natomiast pokazaÂł rysunek(niestety bez opisu),
ktĂłry z tego, co widzĂŞ pokazuje rozwiÂązanie mechaniczne
przedstawia mechanizm samosterowny, zaleÂżny od siÂły odÂśrodkowej i naporu.
Czyli mechanizm wewnĂŞtrznie samoregulujÂący.
Ja wprost UWIELBIAM takie mechanizmy, i takimi sie zajmuje g³ównie.


=========
vs
=========

A teraz tu zaproponujĂŞ poboczny nieco temat omĂłwienia:
ktĂłrego wyraÂżeniem jest zapytanie o:
doprowadzenie do mechanizmu ustawienia (siÂłownikĂłw) w turbinie
parametrĂłw regulacji z poza turbiny

Moze byĂŚ mechaniczne, lub elektryczno-mechaniczne, takÂże hydrauliczno-dowolne.
(przykÂładem tego, o co mi tu chodzi jest np. doprowadzanie prÂądu do wirnika poprzez szczotki)
Chodzi o maximum prostoty i niezawodnoÂści (wiec przykÂładowe szczotki sÂą zbyt zuÂżywalne)

Czyli odnoszac sie do powyÂższego rysunku... jak operator w dyspozytorni takiej elektrowni mĂłgÂłby
zmieniaĂŚ manualnie to ustawienie Âłopatek..
w skali od "jaÂłowego" do "wydajnego".
(na razie pomijam rozwiÂązania radiowe. Chodzi o max prostoty)

[arteq]

To nie jest mechanizm samosterowalny - widaĂŚ to na pierwszy rzut oka.

Przecie¿ to jasno wynika z drugiego przedstawionego przeze mnie rysunku. Poruszaj¹c dŸwigni¹ w górê lub w dó³ zmieniamy w³aœnie k¹t ustawienia ³opatek [element nr 4 po³¹czony jest osadzony w korpusie przy u¿ycia ³o¿yska, dlatego mo¿e obracaÌ siê dooko³a w³asnej osi w zale¿noœci czy ³¹cznik [3] pod wp³ywem zmiany po³o¿enia dŸwigni [1] ci¹gnie czy pcha ucho elementu [4]:
1. waÂł/dÂźwignia do doÂłu - Âłopatki idÂą do pozycji pionowej
2. waÂł/dÂźwignia do gĂłry - Âłopatki idÂą do pozycji poziomej

SÂą moÂżliwe dwa proste rozwiÂązania sterowania:
1. automatyczne/zdalne - waÂł [1] jest jednoczeÂśnie przedÂłuÂżeniem tÂłoka siÂłownika hydraulicznego.
2. manualne - koniec wa³u [1] ma zamontowane na sta³e [obracaj¹ce siê razem z nim] 2 pierœcienie pomiêdzy które za³o¿ona jest tuleja z ramieniem, ramiê ma gwintowany otwór na drugim koùcu w który to wchodzi gwintowany prêt [przymocowany do konstrukcji wsporczej] z kó³kiem do pokrêcania dla operatora. Krêc¹ kó³kiem opuszczamy lub podnosimy wa³ [1] i w zwiazku z tym zmieniamy k¹t po³o¿enia ³opatek.

edit - opis rysunkĂłw dodany, chociaÂż mi wydaje siĂŞ zbĂŞdny

[Hans Olo]

http://www.freepatentsonline.com/3822104.pdf

[PHIRIOORI]

To nie jest mechanizm samosterowalny - widaĂŚ to na pierwszy rzut oka.

NIE JEST.
PiszÂąc o mechaniÂźmie samosterowalnym inaczej interpretowaÂłem rysunek.

edit - opis rysunkĂłw dodany, chociaÂż mi wydaje siĂŞ zbĂŞdny

Jednak siĂŞ przydaÂł.
Bez opisu nie byÂło jasnosci co do ruchomoÂści waÂłu. (strzaÂłeczki niby sa , ale nie zwrociem uwagi).

Tylko ze to jest
Tur Binah Kaplana, a nie turbina z Itaipu.
Dlatego na wszystkoinaczej patrzyÂłem.
..Niemniej teÂż ciekawe rozwiÂązanie bardzo. Wiec siĂŞ przydaÂło.

Tylko tak: tu zewnetrzne Âłopaty wpuszczajÂące H2o sÂą osadzone w nieruchomym gruncie. Tam sÂą ruchome.

A mi chodzi o regulacje Âłopat w takim kole... hmmm jakby takie z parostatku poÂłoÂżyĂŚ poziomo.
ChoĂŚ w iTAJPU TO jeszcze inaczej troche WYGLÂĄDA...

=====

A tu kilka fot Itaipu:

[arteq]

yyy... dlaczego na jednym ze zdjĂŞĂŚ elementu jest logo Siemens, a potem nagle BBC?