OBIEKTY ELEKTROWNI WODNEJ

Transkrypt

1 !

2 OBIEKTY ELEKTROWNI WODNEJ

3 RÓWNANIE BERNOULLIEGO Równanie Bernoulliego opisuje ruch płynu i ma trzy składowe: - składow prdkoci - (energia kinetyczna ruchu), - składow połoenia (wysokoci) - (energia potencjalna), - składow cinienia - (praca przetłaczania) Poniej s przedstawione trzy postacie tego równania: - równanie energii, - równanie wysokoci, - równanie cinienia. Woda jest płynem nieciliwym, wic jest uzasadnione zastosowanie równania Bernoulliego

4 RÓWNANIE BERNOULLIEGO Pierwsza posta równania - równanie energii m w 2 + m g z + p V 2 = const gdzie: - m - masa płynu, kg w - prdko przepływu płynu, m/s z - wysoko połoenia rodka masy płynu, m p - cinienie całkowite, Pa V - objto masy m płynu, m 3 Inna posta równania energii w 2 p + g z + 2 ρ = const m ρ = V - gsto masy, kg/m 3

5 RÓWNANIE BERNOULLIEGO Druga posta równania - równanie wysokoci w 2 p + z + const 2 g γ = gdzie: γ = g ρ - ciar właciwy w 2 2 g z p γ - wysoko prdkoci, m - wysoko połoenia, m - wysoko cinienia, m Trzecia posta równania - równanie cinienia ρ w 2 + ρ g z + p 2 = const

6 ENERGIA CIEKU I MOC ELEKTROWNI WODNEJ

7 ENERGIA CIEKU I MOC ELEKTROWNI WODNEJ

8 ENERGIA CIEKU I MOC ELEKTROWNI WODNEJ

9 URZDZENIA I UKŁADY TECHNOLOGICZNE ELEKTROWNI WODNYCH 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

10 URZDZENIA I UKŁADY TECHNOLOGICZNE ELEKTROWNI WODNYCH 2) BLOK ENERGETYCZNY - Układ poziomy, pionowy, ukony, - Turbina - Peltona, - Francisa, -migłowa (propelerowa), Kaplana, - Deriaza, - Banki-Michela - Generator - synchroniczny - wolnoobrotowy, szybkoobrotowy - asynchroniczny - szybkoobrotowy, małej mocy

11 URZDZENIA I UKŁADY TECHNOLOGICZNE ELEKTROWNI WODNYCH 3) UKŁADY REGULACYJNE 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

12 URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ

13 URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ Doprowadzenie wody do turbiny sztolnia + rurocig + krata zabezpieczajca z progiem przeciwrumowiskowym + klapa zamykajca Rurocig stalowy - rednica - do 7-8 m - zalena od wielkoci maksymalnego przepływu wody (moc elektrowni) - przepływ wody: prdko - do 10 m/s, natenie - do 200 m 3 /s - wymagana wysoka wytrzymało konstrukcyjna - due masy wody, - wytrzymanie uderzenia hydraulicznego po zamkniciu dopływu wody do turbiny po wyłczeniu generatora Istniej elektrownie, w których nie ma rurocigu. S to elektrownie na terenach nizinnych

14 URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ

15 URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ Istniej elektrownie, w których nie ma rurocigu. S to elektrownie na terenach nizinnych. Poniszy przykład - Elektrownia Dbe na rzece Narew

16 URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ 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

17 URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ - Komora wyrównawcza - Uderzenie hydrauliczne wody moe zniszczy sztolni cinieniow wraz z zapor wodn. - Zabezpieczeniem przed uderzeniem hydraulicznym w sztolni jest komora wyrównawcza. Dla krótkich rurocigów 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) ) jak te w sztolniach odpływowych - niskocinieniowych (tzw. komory dolne - gdy ich długo jest nie mniejsza ni 150 m)

18 URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ Warunek stosowania komory wyrównawczej t = vl s /(gh) v - prdko przepływu wody w sztolni, m/s, H - spad wody, m, L s - długo sztolni, m, g - przypieszenie ziemskie, m/s 3 t < 4 sek - mona komory nie stosowa

19 Uderzenie hydrauliczne URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ

20 URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ. Krata zabezpieczajca z progiem przeciwrumowiskowym - Zadaniem kraty jest nie dopuci, aby do turbiny dostały si niesione n z wod czci stałe (np.: rumowisko, drewno, itp.) - Próg przeciwrumowiskowy zatrzymuje niesione z wod rumowisko skalne - Krata i próg wymagaj systematycznego oczyszczania

21 URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ Klapa zamykajca Turbina z komor limakowa Kierownica Rura ssawna

22 URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ Klapa zamykajca dopływ wody do turbiny - Zamykanie dopływu wody jest w planowych wyłczeniach bloku energetycznego oraz w wyłczeniach awaryjnych. - W wyłczeniach 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,,... )

23 URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ 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,, aby w rurze ssawnej nastpiło przerwanie cigłoci strugi wody (!!!). Grozi to zniszczeniem rury ssawnej i turbiny. S róne rozwizania konstrukcyjne rur ssawnych.

24 GENERATORY (PRDNICE) URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ W duych elektrowniach - w wikszoci 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).

25 URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ Widok generatora wolnoobrotowego (prdnicy) w przekroju Generator wolnoobrotowy z du 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 obr/min - 3 pary biegunów Dla 1 pary biegunów (turbogeneratory w EC): obr/min - czstotliwo 50 Hz...

26 URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ - TURBINY TYPY TURBIN WODNYCH TURBINY AKCYJNE Turbiny Peltona,, Banki-Michela Zamieniaj energi kinetyczn napływajcej strugi wodnej na energi mechaniczn ruchu obrotowego. Budowane na wysokich spadach wody TURBINY REAKCYJNE Turbiny Francisa, Kaplana (promieniowo promieniowo-osiowe, osiowe, osiowe), Zamieniaj energi potencjaln napływajcej strugi wodnej na energi mechaniczn ruchu obrotowego. Budowane na rednich i niskich spadach wody ), Deriaza

27 URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ - TURBINY Turbina Francisa 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

28 URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ - TURBINY Turbina Kaplana KIEROWNICE REGULOWANY KT USTAWIENIA ŁOPATEK KIEROWNICY I WIRNIKA Osigane najwysze sprawnoci TURBINA KAPLANA Reakcyjna Przepływ wody - promieniowo-osiowy osiowy Stosowana do spadów od najniszych do rednich H {1 m m} Przepływ wody promieniowo-osiowy osiowy ŁOPATY WIRNIKA Wirnik niskospadowej turbiny małej mocy

29 URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ - TURBINY Turbina Peltona 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 {300 m m} Wirnik turbiny duej mocy

30 URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ - TURBINY Turbina Peltona Model bloku energetycznego

31 URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ - TURBINY Turbina Banki Michella Widok aksonometryczny Zasada działania

32 URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ - TURBINY Turbina Banki Michella - Turbina małej mocy - w małych elektrowniach wodnych i w mikroelektrowniach - Sterowanie prac za pomoc kierownicy - Szeroki strumie wody przepływajcy dwukrotnie przez palisad wirnika - Płaska charakterystyka sprawnoci - Stosowane do spadów od 2 do 50m - Polska odmiana - turbina Stellera - do wykonania metod gospodarcz

33 URZDZENIA ELEKTROWNI WODNEJ - TURBINY DANE KONSTRUKCYJNE I EKSPLOATACYJNE TURBIN WODNYCH Dobór typu turbiny jest zaleny od wysokoci spadu wody oraz od natenia przepływu wody