ENERGIA CIEKU I MOC ELEKTROWNI WODNEJ - 1

Transkrypt

1 ENERGIA CIEKU I MOC ELEKTROWNI WODNEJ - 1

2 ENERGIA CIEKU I MOC ELEKTROWNI WODNEJ - 2 ENERGIA CIEKU I MOC ELEKTROWNI WODNEJ - 3

3 OBIEKTY ELEKTROWNI WODNEJ URZDZENIA I UKŁADY TECHNOLOGICZNE ELEKTROWNI WODNYCH - 1 1) CIG WODNY CIG WODNY - Krata i kanał doprowadzajcy, - Komora turbinowa (spiralna, otwarta), - Rura ssawna i wylot wody, - Doprowadzenie wody do elektrowni: - sztolnia, - komora wyrównawcza, - rurocig cinieniowy, - klapa odcinajca (zamykajca), zasuwa

4 URZDZENIA I UKŁADY TECHNOLOGICZNE ELEKTROWNI WODNYCH - 2 2) BLOK ENERGETYCZNY - Układ poziomy, pionowy, ukony, - Turbina - Peltona, - Francisa, - migłowa (propelerowa), Kaplana, -Deriaza, - Banki-Michela - Generator - synchroniczny - wolnoobrotowy, szybkoobrotowy - asynchroniczny - szybkoobrotowy, małej mocy URZDZENIA I UKŁADY TECHNOLOGICZNE ELEKTROWNI WODNYCH - 3 3) UKŁADY REGULACYJNE - Kierownica i wirnik turbiny (łopatki kierownicy i wirnika - kt ustawienia - regulacja mocy) - Regulacja przepływu wody (klapy, zasuwy odcinajce - uruchamianie i zatrzymywanie bloku, zmiana stanu pracy, pneumatyczne oprónianie komór turbiny,... ) - Regulacja prdkoci obrotowej bloku (regulacja czstotliwoci napicia i prdu) - podczas pracy elektrowni na sie wydzielon

5 ELEKTROWNIE BEZ RUROCIGU Istniej elektrownie, w których nie ma rurocigu. S to elektrownie na terenach nizinnych. Poniszy przykład - Elektrownia Dbe na rzece Narew SZTOLNIA Sztolnia - Sztolnia bezcinieniowa (otwarta) Przepływ wody odbywa si o swobodnym zwierciadle wody - Sztolnia cinieniowa Sztolnia cinieniowa - przekroje poprzeczne sztolni s wypełnione wod na całej długoci. Najbardziej właciwy kształt przekroju poprzecznego sztolni jest przekrój kołowy - ze wzgldów wytrzymałociowych - oraz hydraulicznych. Wewntrzna obudowa sztolni: - betonowa, - elbetowa, - betonowa opancerzona

6 KOMORA WYRÓWNAWCZA Komora wyrównawcza - Uderzenie hydrauliczne wody moe zniszczy sztolni cinieniow wraz z zapor wodn. - Zabezpieczeniem przed uderzeniem hydraulicznym w sztolni jest komora wyrównawcza. Dlakrótkichrurocigów i niewielkich prdkoci przepływu wody nie ma potrzeby budowania komory wyrównawczej. Komory wyrównawcze mog by instalowane zarówno w sztolniach doprowadzajcych wod do elektrowni (tzw. komory górne) )jakte w sztolniach odpływowych - niskocinieniowych (tzw. komory dolne - gdy ich długo jest nie mniejsza ni 150 m) KRATA ZABEZPIECZAJCA. Krata zabezpieczajca z progiem przeciwrumowiskowym - Zadaniem kraty jest nie dopuci, aby do turbiny dostały si niesionen zwod czci stałe (np.: rumowisko, drewno, itp.) - Próg przeciwrumowiskowy zatrzymuje niesione z wod rumowisko skalne - Krata i próg wymagaj systematycznego oczyszczania

7 URZDZENIA TURBINY WODNEJ Klapa zamykajca Turbina z komor limakowa Kierownica Rura ssawna KLAPA ZAMYKAJCA Klapa zamykajca dopływ wody do turbiny - Zamykanie dopływu wody jest w planowych wyłczeniach bloku energetycznego oraz w wyłczeniach awaryjnych. - Wwyłczeniach planowych jest powolne zamykanie klapy, takie, aby nie nastpiło uderzenie hydrauliczne w rurocigu doprowadajcym wod ze zbiornika górnego. - Wyłczenia awaryjne Konieczne jest szybkie zamknicie dopływu wody do turbiny. Po odłczeniu generatora od sieci turbozespół (blok turbiny z generatorem) bez wyłczenia dopływu wody ulegnie rozbiegniciu (!), wskutek czego nastpi zniszczenie urzdze (działanie( sił odrodkowych w turbinie i w generatorze, wejcie w stref rezonansu mechanicznego,,...)

8 RURA SSAWNA Wyprowadzenie wody z turbiny do dolnego zbiornika Rura ssawna Rura ssawna jest nieodłcznym elementem konstrukcyjnym turbin reakcyjnych. Zapewnia uzyskanie wysokiej sprawnoci turbiny. Nie wolno dopuci do tego,,abywrurzessawnej nastpiło przerwanie cigłoci strugi wody (!!!). Grozi to zniszczeniem rury ssawnej i turbiny. S róne rozwizania konstrukcyjne rur ssawnych. GENERATORY - Klasyfikacja GENERATORY (PRDNICE) Wduych elektrowniach - wwikszoci przypadków - w elektrowniach z turbinami reakcyjnymi s generatory synchroniczne wolnoobrotowe Generatory wolnoobrotowe - dua liczba par biegunów (do kilkudziesiciu par), - due gabaryty (rednice), - zamontowane na wspólnym wale z turbin wodn. W małych elektrowniach i w mikroelektrowniach - najczciej generatory asynchroniczne - szybkoobrotowe Generatory szybkoobrotowe - do 4 par biegunów, - małe gabaryty, - najczciej połczone z turbin przez przekładni obrotów (zbat, pasow, klinow).

9 GENERATOR WOLNOOBROTOWY Widok generatora wolnoobrotowego (prdnicy) w przekroju Generator wolnoobrotowy zdu liczb par biegunów Obroty synchroniczne 75 obr/min - 40 par biegunów 100 obr/min - 30 par biegunów 150 obr/min - 20 par biegunów obr/min - 10 par biegunów... Dla 1 pary biegunów (turbogeneratory w EC): obr/min - czstotliwo 50 Hz 1000 obr/min - 3 pary biegunów... TURBINY WODNE Dobór typu turbiny jest zaleny od wysokoci spadu wody oraz od natenia przepływu wody Rozwizanie konstrukcyjne turbiny jest dostosowanie do warunków hydrologicznych (natenie przepływu i spad wody)

10 TURBINY WODNE - Cechy charakterystyczne - 1 TYPY TURBIN WODNYCH TURBINY REAKCYJNE (inaczej: naporowe) Turbiny Francisa (promieniowe),), Kaplana (promieniowo-osioweosiowe lub osiowe), Deriaza (promieniowo-osiowe) Energia cinienia wody na poziomie wlotu do turbiny zamieniana jest czciowo w aparacie kierowniczym, czciowo w wirniku na energi kinetyczn ruchu obrotowego wirnika turbiny. Przystosowane do pracy na rednich i niskich spadach wody! Wirnik turbiny naporowej pracuje w przestrzeni wypełnionej wod. Jest to charakterystyczna cecha tych turbin. Doprowadzenie wody do wirnika odbywa si rur spiraln,,która nadaje wodzie ruch wirowy sterowany dodatkowo łopatami wsporczymi i łopatami kierowniczymi. Łopaty kierownicze s ruchome. Regulujc ich otwarcie regulujemy moc turbiny. TURBINY WODNE - Cechy charakterystyczne - 2 W elektrowniach pracujcych na wysokim spadzie wody (długi rurocig doprowadzajcy) - w przypadku, gdy zachodzi konieczno szybkiego zamknicia dopływu wody do turbiny, stosuje si specjalnie wykonany zawór upustowy, który otwiera dodatkowe połczenie pomidzy spiral i dolnym poziomem wody. Woda po opuszczeniu turbiny przepływa rur ssc do dolnego zbiornika. Turbiny Francisa s przystosowane do pracy na rednich i niskich spadach ( m). Wirnik turbiny jest ze stałymi łopatami. Ruchome s tylko łopaty kierownicze. Turbiny Kaplana s przystosowane do pracy na spadach od najniszych do rednich (1 200 m). Ruchome s łopatki wirnika oraz łopatki kierownicy. Kt ustawienia łopat łopat wirnika jest dopasowany do kta ustawienia łopat kierownicy.

11 TURBINY WODNE - Cechy charakterystyczne - 3 Turbiny migłowe maja nieruchome łopatki wirnika. S prostsze konstrukcyjnie (skonstruowane przez Kaplana). Przy stałych łopatkach wirnika odchylenie od wartoci znamionowych przepływu i spadu wody powoduje duy spadek sprawnoci turbiny. Turbiny Deriaza reakcyjne pracuj na spadach niskich i rednich. Due natenia przepływu wody, due moce. S to rozwizania konstrukcyjne łczce cechy konstrukcyjne turbin Kaplana i Francisa. W turbinie jest regulowany kt ustawienia łopat wirnika ikt ustawienia łopat kierownicy (podobnie, jak w turbinie Kaplana). Regulowany kt ustawienia łopat wirnika pozwala na zamknicie przepływu wody. TURBINY WODNE - Cechy charakterystyczne - 4 TURBINY AKCYJNE (inaczej: natryskowe) Turbiny Peltona akcyjne (natryskowe) Energia cinienia wody na poziomie wlotu do turbiny zamieniana jest w dyszy na energi kinetyczn, która jest przekazana na łopatki turbiny i zamieniana na energi ruchu obrotowego wirnika turbiny. Przystosowane do pracy na wysokich spadach wody! Woda jest doprowadzana dyszami i kierowana na czasz wirnika. Płynna regulacja mocy odbywa si za pomoc serwomotoru przesuwajcego iglic umieszczon wewntrz dyszy. Natychmiastowe wyłczenie turbiny nie moe nastpi przez natychmiastowe zamknicie dyszy, poniewa w rurocigu doprowadzajcym powstaje fala uderzeniowa wody, któramoe rozsadzi rurocig. Stosowane jest odchylanie strumienia wody poza zasig łopatek. S budowane przewanie z wałem poziomym.

12 TURBINA Francisa - 1 KIEROWNICE ZMIENNY KT USTAWIENIA ŁOPATEK KIEROWNICY Osigana wysoka sprawno ŁOPATY WIRNIKA TURBINA FRANCISA Reakcyjna Przepływ wody - promieniowo-osiowy osiowy Stosowana do spadów od niskich do rednich H {20m (500) m} Przepływ wody promieniowo-osiowy osiowy Wirnik niskospado- wej turbiny duej mocy TURBINA Francisa - 2 KIEROWNICE PRDNICA KOMORA SPIRALNA RURA SSAWNA

13 TURBINA Kaplana - 1 KIEROWNICE REGULOWANY KT USTAWIENIA ŁOPATEK KIEROWNICY I WIRNIKA Osigane najwysze sprawnoci TURBINA KAPLANA Z WIRNIKIEM PIONOWYM Turbina reakcyjna Przepływ wody - promieniowo-osiowy osiowy Stosowana do spadów od najniszych do rednich H{1m - 200m} Przepływ wody promieniowo-osiowy osiowy ŁOPATY WIRNIKA Wirnik niskospadowej turbiny małej mocy TURBINA Kaplana - 2 ŁOPATY WIRNIKA REGULOWANY KT USTAWIENIA ŁOPATEK KIEROWNICY I WIRNIKA Regulowane łopaty kierownicy i wirnika pozwalaj na zamknicie przepływu wody U góry: wirnik turbiny wysokospadowej U dołu: wirnik turbiny niskospadowej PRDNICA RURA SSAWNA KOMORA SPIRALNA KIEROWNICE

14 TURBINA Peltona - 1 TURBINA PELTONA Akcyjna Napływ wody na czasze łopatek. Zamiana energii kinetycznej wody na energi kinetyczn ruchu obrotowego Stosowana do spadów od rednich do najwyszych H{300m m} Wirnik turbiny duej mocy TURBINA Peltona - 2 IGLICA REGULACYJNA DYSZA STRUGA WODY

15 DANE KONSTRUKCYJNE I EKSPLOATACYJNE TURBIN WODNYCH - 1 Dobór typu turbiny jest zaleny od wysokoci spadu wody oraz od natenia przepływu wody Jest kilkanacie firm produkujcych turbiny wodne (np.: Voit, Skoda, Westinghouse,,...). Kada firma ma opracowane swoje rozwizania konstrukcyjne turbin, przystosowanych do wybranego zakresu danych hydrologicznych. Obok obszary stosowalnoci małych turbin firmy Voit (moce: od 10 kw do 10 MW). DANE KONSTRUKCYJNE I EKSPLOATACYJNE TURBIN WODNYCH - 2 Obok obszary stosowalnoci turbin firmy Skoda (?). Turbiny wodne o bardzo szerokim zakresie mocy (moce( od 1 kw do 30 MW)

16 SPRAWNO TURBIN WODNYCH - 4 Mona uzyska wysok sprawno turbiny wodnej wduym zakresie obcienia poprzez regulowane ustawienie łopat wirnika oraz otwarcie łopat kierownicy. Wypadkowa wysoka sprawno, opisana krzyw 1, 1 jest obwiedni krzywych sprawnoci migłowych przypisanych sztywnemu ustawieniu łopat wirnika i kierownicy WYRÓNIK SZYBKOBIENOCI Rodzaj turbiny n s n q Spad wody H max [m] Peltona wolnobiene redniobiene szybkobiene Francisa wolnobiene normalne szybkobiene Kaplana i migłowe wolnobiene redniobiene szybkobiene = = ; =