Vélbúnaður

Stíflur

Margar gerðir stíflna eru til, og fer útlit og gerð eftir utanaðkomandi aðstæðum, eðli jarðvegs, vatnsmagni í vatnsföllum sem verið er að safna saman og kostnaði af gerð stíflna við gefnar aðstæður. Tilgangurinn með stíflugerð er að safna vatni saman í eins mikilli hæð og tök eru á, til þess að nýta fallhæð þess í gegnum vélar og breyta þar með staðarorku vatnsins í lóni ofan stíflu, en staðrorkan fer eftir vatnsmagninu og fallhæðinni niður í gegnum vélar virkjunar (nýtingarstað) og út í árfarveginn aftur.
Annar tilgangur með stíflugerð er að safna vatni á stað þar sem hægt er að geyma það til nota síðar. Einskonar banki sem hægt er að taka út úr þegar náttúrulegt rennsli hefði ella verið lítið og leggja inn í mikilli úrkomu og leysingum. Í þennan banka getur aldrei komið meira en svarar til úrkomu á svæði sem hærra liggur, og afrennsli hefur til lónsins, það þarf því að gæta vel að því að ekki tapist það sem safnast. Vextirnir, hugsað um lónið sem banka, geta verið sá kostur sem því fylgir að geta geymt flóðvatn eftir stórrigningar eða stórleysingar, og komið í veg fyrir að þetta vatn valdi skemmdum annars staðar.

                             Lokur og veitumannvirki

Bak við stíflur safnast miðlunarlón sem líta má á sem nokkurskonar vatnsbanka. Til þess að hægt sé að stjórna því sem tekið er út úr vatnsbankanum þarf lokur (krana) í stífluna, sem hægt er að opna eftir þörfum. Þannig má taka út það vatnsmagn á hverri tímaeiningu sem þarf, en ekki meira. Leiðin frá stíflu og lokum að stöðvarhúsi er oft löng og því verður að gera sérstaka vatnsvegi þarna á milli. Útfærsla þessara vatnsvega getur verið með ýmsu móti allt eftir því til hvaða atriða þarf að taka tillit. Hugsanega þarf að gera ráð fyrir umferð fólks og dýra, foki lausra efna ofan í vatnsvegina, tapi á vatni í vatnsvegunum o.fl.

Þar sem vatninu er hleypt ínn í pípur sem liggja að hverflum er komið fyrir grófu sigti til þess að draga úr því að aðskotahlutir komist inn í vélar. Sigti þessi geta verið býsna flókin að gerð og oft útbúin með upphitun til þess að koma í veg fyrir að ís setjist á þau og loki þeim, en slíkt getur gerst við ákveðnar veðurfarslegar aðstæður, þ.e. þegar vatnið í lóni og skurði verður undirkælt, það er með hitastig neðan við frostmark án þess að leggja. Þá getur myndast ís á örskömmum tíma ef vatnið kemst í snertingu við kaldari flöt.

Í mörgum tilvikum verður gera ráðstafanir til þess að ekki myndist of mikið sog í þrýstivatnspípum, því að slíkt getur leitt til feiknalegra högga í pípum sem líka koma fram í vélbúnaði og getur skemmt hann. Svokallaðar jöfnunarþrær, í einhverju formi, sem hafa þann tilgang að taka við og jafna þrýstimun sem verður í þrýstivatnspípum, eru þá séttar í vatnseginn og taka við þeim höggum sem kunna að koma. Jöfnunarþrærnar eru á þrýstivatnspípum ofan við mesta fallið, og eru opnar , þannig að vatnshæð í þeim getur sveiflast til eftir þeim þrýstingsbreytingum sem verða í þrýstivatnspípu út frá breytingum á opnun fyrir vatn inn á hverfil.

                                                   Hverflar

Hverflar eru vélar sem nýta utanaðkomandi aflgjafa til að snúa öxli. Aflið getur komið úr hreyfingu vatns (vatnshverfill) eða þenslu gufu (gufuhverfill). Öxull hverfilsins er síðan látinn snúa öxli rafalans sem framleiðir rafafl.

                                              Vatnshverflar
Vatn sem streymir með miklum þunga gegnum aðrennslisgöng virkjunar hefur í sér fólgið mikið hreyfiafl. Mikilvægt er að hanna vatnshverfla þannig að hreyfiafl vatnsins valdi sem mestu snúningsátaki á öxilinn. Þannig nýtum við best orkuna sem losnar við fall vatnsins gegnum virkjunina. Vatnshverflar eru einkum þrenns konar:

• Pelton hverflar eru notaðir þar sem fallhæð vatnsins er mikil (meiri en 100 m) og tiltölulega lítið rennsli. Hverfillinn er þannig gerður að skálum er raðað hjól og vatninu sprautað í skálarnar sem leita undan og snúa þannig hjólinu. Aflinu er stýrt með því að stýra rennslismagninu í vatnsbununni. Virkjanir með pelton-hjól eru ekki margar á Íslandi, þó má nefna t.d. Reiðhjallavirkjun og Mjólkárvirkjun. Litlar heimagerðar bæjarlækjarrafstöðvar byggðust oft á Pelton-hjóli því það er tiltölulega einfalt að allri gerð.
•                                                              
• Francis hverflar eru algengastir hérlendis. Þeir eru gerðir fyrir miðlungsfallhæð og miðlungsrennsli. Vatnið er látið streyma lárétt inn að hverflinum umhverfis hann allan. Áður en vatnið fer inn í hverfilhjólið er stefnu þess stýrt með stillanlegum plötum sem nefnast leiðiskóflur. Síðan lendir vatnið á föstum plötum á hverfilhjólinu sem leita undan straumnum og snúa þannig öxlinum. Plöturnar í vatnshjólinu eru fastar en með því að breyta stöðu leiðiskóflanna má stjórna því með hve miklum þunga vatnið fellur á hverfilhjólið og þar með aflinu.
  Með nákvæmum straumfræðiathugunum og fullkominni framleiðslutækni hefur framleiðendum francis-hjóla tekist að bæta verulega nýtingu þeirra. Þetta er gert með því að gefa plötum vatnshjólsins nákvæmlega rétta lögun. Þannig gefa t.d. ný hverfilhjól í Búrfellsvirkjun töluvert meira afl en þau sem upphaflega voru notuð.
•                                 
• Kaplan hverflar henta best þar sem fallhæð er lítil en rennsli mikið. Hverfilhjólið líkist skipsskrúfu og þá oft hægt að breyta skurði blaðanna, eins og algengt er á skips- og flugvélaskrúfum, til þess að stýra afli og nýtni hverfilsins hverfilsins. Kaplan hverfla er að finna í Steingrímsstöð og Lagarfljótsvirkjun.
•