Fizik
Bir Türbin Yapalım
Deney Malzemeleri:
Cetvel
Çöp şiş – 1 Adet
Hortum – 50 cm boyunda 1 cm çapında
Kağıt bant
Kalem
Koli Bantı
Leğen
Makas
Maket Bıçağı
Pet şişe – 1 lt’lik
Pipet – 1 Adet
Plastik Kaşık – 4 Adet
Strafor – 3 tabaka
Su
Deneyin Yapılışı:
Plastik kaşıkların sapları 2 cm kalacak şekilde kırın.
3x3x2 cm³ boyutundaki straforun geniş 3×3’lük yüzeyini tam ortasından ve boydan boya çöp şişin yardımıyla bir pipetin geçebileceği genişlikte delin ve deliğin içini çöp şiş yardımıyla boşaltın.
Dar yüzeyleri ise şekilde görüldüğü üzere eğimli bir şekilde, kaşığın sapının girebileceği büyüklükte ve derinlikte delin ve içlerini boşaltın.
Pipetin boyu 8 cm olacak şekilde kısaltın ve straforda açılan delikten geçirin. Plastik kaşıkları da şekildeki gibi dar yüzeyde açılan deliklere yerleştirin ve kağıt bantla sağlamlaştırın.
12 cm boyutunda kısalttığınız çöp şişi sivri tarafı aşağı gelecek şekilde pipetin içinden geçirin. 4 cm boyunda kestiğiniz pipet parçasını çöp şişin sivri ucundan yanlamasına geçirin. Şu anda elinizde bir türbin modeli var. Bunu strafor tabakaya saplayın.
Şimdi, bir saç kurutucu ya da nefesinizi kullanarak türbininizi döndürebilirsiniz.
Artık bu türbinleri kullanarak farklı düzenekler tasarlayabilirsiniz.
Neler Oluyor
Bu hareket enerji üretmek amacıyla kullanılır. Suyun hareket enerjisi çarkta kaybolmaz ve başka bir enerjiye dönüşür.
Hidroelektrik santrallerinin temel çalışma prensibi budur. Barajda biriken su Yer Çekimi Potansiyel Enerjisi içermektedir. Su, belli bir yükseklikten düşerken, enerjinin dönüşümü prensibine göre Yer Çekimi Potansiyel Enerjisi önce kinetik enerji (mekanik enerji) ye daha sonra da Türbin çarkına bağlı jeneratör motorunun dönmesi vasıtasıyla Potansiyel elektrik Enerjisi ne dönüşür.
Bir hidroelektrik santral binlerce parçadan meydana gelir. Ana bölümleri şunlardır:
1. Su tutma yapısı
Rezervuarlı santrallarda baraj, kanal tipi santrallerde tünel ya da açık kanal, nehir tipi santrallerde ise regülatör şeklinde olabilir.
2. Su alma yapısı
İletim hattına suyun giriş yaptığı yapıdır. Izgaralar, kapak ve kapak açma-kapama mekanizmalarından oluşur. Rezervuarlı santrallarda su girişi, yüzen cisimlerin borulara girmemesi için baraj gövdesinin orta kotlarında yapılırlar.
3. İletim kanalı
Hidroelektrik tesisin işletmede öngörülen debideki suyu iletmesinde kullanılır. Trapez, duvarlı, kapalı duvarlı, tünel, veya doğrudan cebri borularla iletilebilir. Kanal sonu yükleme odasına bağlanır. Kanal boyunca sanat yapıları mevcuttur.
4. Cebri (basınçlı) borular
İletim hattı ile santral arasında, ölçüleri debi ve düşü ye göre hesaplanan kalın etli büyük çaplı çelik ya da CTP (Cam elyaf Takviyeli Plastik) borulardır. Santralın jeolojik yapısına göre gömülü oldukları gibi, görünür olanları da vardır. Türbin çarkını çeviren suyun geçişine olanak sağlar. İletim hattı bulunan HESlerde genellikle İletim Hattı ile Cebri boru arasında regülatörün yaptığı su dengelemesi gibi görev alan Yükleme Havuzu yapısı bulunur. İletim hattından gelen ve burada bulunan su iletim hattında oluşabilecek su seviyesi düşüklüğü durumunda cebri boruda basınç eksikliği oluşmasını engellemek amacıyla dengeleme işlevini yerine getirir.
5. 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.
6. Türbin
Türbin çarkı, türbin şaftı, türbin kapağı, hız regülatör sistemi, basınçlı yağ sistemi, türbin yatağı, soğutma sistemi, kumanda panosu ve yardımcı teçhizattan oluşur. Türbin şaftı, suyun kanatlarına çarparak döndürdüğü türbin çarkı ile jeneratör rotoru arasında akuple olup jeneratör rotorunun dönmesini sağlar.
7. Jeneratör
Jeneratör rotoru, statoru, yatağı, ikaz(uyartım), soğutma sistemi, koruma sistemi, kumanda ve işletim sistemi, doğru akım sistemi, kesici ve ayırıcılar ile yardımcı organlardan oluşur. Rotor, çok güçlü tesis edilmiş yatak üzerinde sabit hızla döner.
8. Transformatörler
Gerilimi yükseltme ya da alçaltma işlevini üstlenmişlerdir. Tek fazlı, üç fazlı olabilirler. Her üniteye bir transformatör olabileceği gibi birden fazla üniteye bir transformatörde olabilir. Ana gövde, soğutma sistemi, yangın sistemi, koruma sistemi bölümlerinden oluşur.
9. Şalt alanı
Transformatörlerden çıkan yüksek gerilim enerjinin iletim hatlarına bağlantı noktasıdır. Kesiciler, ayırıcılar, topraklama sistemi, koruma sistemi, basınç sistemi, ölçü sistemi, iletim hatları üzerinden haberleşme sistemi kısımları vardır.
10. Diğer teçhizat
Ana teçhizatlardan ayrı olarak; ısıtma havalandırma sistemleri, aydınlatma sistemleri, doğru akım acil enerji, alternatif akım acil enerji (dizel jeneratör) sistemleri, sızıntı toplama havuzları, besleme pompaları, drenaj boşaltma pompaları, haberleşme sistemleri, kompresör ve tanklar gibi basınçlı hava sistemleri, yangın koruma ve söndürme sistemleri, bakım, onarım ve küçük imalat atölyeleri, montaj demontaj sahaları, vinçler, krenler gibi taşıma, kaldırma sistemleri, arıtma sistemleri, ilk yardım bölümü, batardo kapakları, laboratuvarlar vb. bölümlerdir.
Hidrolik Santrallar su değirmeni çalıştırma ilkesine dayandığından Türbin Çarkına çarpan su türbin şaftını döndürerek Mekanik enerji üretir. Türbin şaftı direk veya bir dişli sistemi ile jeneratör Rotoruna bağlıdır. Jeneratör Rotoru üzerinde bulunan sargıların dışarıdan bir Doğru akım Güç Kaynağı ile uyartılması sonucu rotor çevresinde bir Manyetik alan doğar. Dönen rotorun etrafında oluşan manyetik alanın Stator sargılarının üzerinde İndüklenmesi ile stator sargılarında gerilim oluşarak elektrik enerjisi elde edilir.
Kaynak: How Hydropower Plants Work