1 Классификация электрических станций
 Скачать 1.08 Mb.
|
|
40)Основные схемы использования водной энергии Различают три основные схемы использования водной энергии: плотинная, при которой напор создается плотиной; деривационная, напор создается преимущественно с помощью деривации, выполняемой в виде канала, туннеля или трубопровода; плотинно-деривационная, в которой напор создается плотиной и деривацией Плотинная схема использования водной энергии выполняется при больших расходах воды и малых уклонах ее свободной поверхности. Посредством плотины подпирается река и создается напор воды Н0. Подпор воды от плотины распространяется вверх по реке. Плотинная схема в зависимости от напора может быть русловой и приплотинной Русловой называется такая гидроэлектростанция, в которой здание ГЭС входит в состав напорного фронта. В этом случае здание ГЭС воспринимает полное давление воды со стороны верхнего бьефа. Русловая ГЭС строится при сравнительно небольших напорах При средних и больших напорах, превышающих диаметр турбины более чем в 6 раз, здание ГЭС не может входить в состав напорных сооружений. Здание ГЭС располагается за плотиной и не воспринимает полное давление воды, а гидроэлектростанция называется приплотинной. Вода к турбинам приплотинной ГЭС подводится водоводами, размещенными в теле или поверх бетонной плотины, под грунтовой плотиной или туннелями в обход плотины Деривационная схема использования водной энергии обычно выполняется при малых расходах воды и больших уклонах ее свободной поверхности. В деривационной схеме плотина возводится невысокой, лишь обеспечивающей забор воды в деривацию, а напор создается за счет разности уклонов воды в реке и деривации. Деривация может выполняться безнапорной в виде открытого канала или безнапорного туннеля. Чаще деривация бывает напорной в виде напорноготуннеляили напорноготрубопровода В плотинно-деривационной, или комбинированной, схеме используются наилучшим образом свойства предыдущих схем. Плотина создает водохранилище, а падение уровня реки ниже плотины используется деривацией. Чем выше по течению реки располагается плотина, тем меньше ее высота, меньше объем водохранилища и затопление территории, но удлиняется деривация и увеличиваются потери в ней напора 41)Реактивные гидротурбины К реактивным гидротурбинам относятся: радиально-осевые пропеллерные, поворотно- лопастные (включая двухперовую) и диагональные Для реактивных турбин характерны следующие основные признаки Рабочее колесо располагается полностью в воде, поэтому поток поды отдает энергию одновременно всем лопастям рабочего колеса Перед рабочим колесом только часть энергии воды находится в кинетической форме, остальная же — потенциальная энергия, соответствующая разности давлений до и после колеса Избыточное давление по мере протекания воды по проточному тракту рабочего колеса расходуется на увеличение относительной скорости, т. е. на создание реактивного давления потока на лопасти. Изменение направления потока за счет, кривизны лопастей приводит к возникновению активного давления потока. Таким образом, действие потока на лопасти рабочего колеса складывается из реактивного воздействия, возникающего из- за увеличения относительной скорости, и активного давления, возникающего из-за изменения направления потока Радиально-осевые турбины характерны тем, что вода при входе на рабочее колесо движется в радиальной плоскости, а после рабочего колеса — в осевом направлении, и используются в довольно широком диапазоне напоров — от 30—40 м до 500— 550 м. Такой большой диапазон обеспечивается конструктивными изменениями рабочего колеса и всей турбинной установки Рабочее колесо радиально-осевой турбины состоит из ряда лопастей сложной пространственной формы, равномерно распределенных по окружностям ступицы (верхний обод) и нижнего обода Пропеллерные турбины. Рабочее колесо такой турбины располагается в камере ниже направляющего аппарата. Поэтому между направляющим аппаратом и рабочим колесом осуществляется нерабочий поворот потока. На лопасти рабочего колеса поток поступает только в осевом направлении, из-за чего такие турбины называются осевыми Основным достоинством пропеллерных турбин является простота конструкции и сравнительно высокий КПД. Однако турбины имеют существенный недостаток, заключающийся в том, что с изменением нагрузки резко изменяется и КПД Поворотно-лопастные турбины. По конструктивному выполнению поворотно- лопастные турбины отличаются от пропеллерных только тем, что у них лопасти рабочего колеса в процессе работы могут поворачиваться вокруг своих осей, перпендикулярных оси вала Конструктивно поворотно-лопастные турбины выполняются таким образом, что лопасти рабочего колеса на ходу турбины могут автоматически поворачиваться на некоторый (оптимальный) угол одновременно с изменением открытия направляющего аппарата Двухперовая турбина. Увеличение числа лопастей рабочего колеса поворотно-лопастной турбины по мере повышения используемого напора приводит к возрастанию относительного диаметра втулки (dвт/D1) и последующему ухудшению энергетических качеств турбины. Для смягчения этого недостатка применяются спаренные (двухперовые) рабочие лопасти, имеющие общий фланец и общую цапфу, что позволяет повысить пропускаемый турбиной расход. Двухперовые турбины не тлеют пока широкого распространения Диагональные турбины. Появление этих турбин обусловлено теми же причинами, что и двухперовых, т. е. стремлением обеспечить возможность работы осевых турбин двойного регулирования в области напоров, используемых радиально-осевыми турбинами 42. Состав и компоновка основных сооружений ГЭС Состав и компоновка сооружений ГЭС определяется схемой концентрации напора. Существует две основные схемы концентрации напора: плотинная и деривационная. Гидроэлектростанции, сооруженные по плотинной схеме, делятся в свою очередь на два типа: русловые и приплотииные. Деривационные ГЭС также делятся на два типа: с безнапорной деривацией и напорной. Основными сооружениями ГЭС, выполненными по плотинной схеме, являются плотины и здание ГЭС. При напоре до 25—30 м здание станции размещается в одном створе с плотиной и воспринимает напор. Такие гидроэлектростанции называются русловыми. Компоновка гидроузлов с приплотинными ГЭС в значительной степени зависит от типа плотины и создаваемого ею напора, куда вода по турбинным трубопроводам поступает к турбинам, расположенным в здании ГЭС, и далее в отводящий канал и реку.В том случае, когда местность сильно пересеченная и для безнапорной деривации нет благоприятных условий, устраивается напорная в виде туннеля или трубопровода. Как в том, так и в другом случае поперечное сечение водовода полностью заполнено водой. Головной узел в этом случае также включает в качестве основных сооружений плотину с водосбросом и водоприемник. Однако плотина здесь более высокая, а водоприемник глубинный; что позволяет забирать воду при больших колебаниях уровня воды в водохранилище. Станционный, узел в отличие от ГЭС с безнапорной деривацией содержит уравнительный резервуар , основное назначение которого — борьба с возможными гидравлическими ударами при нестационарных режимах в турбинных трубопроводах . 43. Схемы насосного аккумулирования водной энергии. Для насосного аккумулирования энергии необходимы верхний и нижний бассейны, водопроводящие сооружения, оборудование для перекачки воды из нижнего в верхний бассейн и последующего использования этой воды для выработки электрической энергии. При отсутствии приточности к верхнему бассейну схема ГАЭС является простейшей. В обороте находится практически один и тот же объем воды; потери испарения и фильтрации должны возмещаться из какого-либо источника.  Верхний бассейн устраивается путем частичной срезки и обвалования возвышенности или путем сооружения плотины в ущелье. При наличии высокогорного озера оно может быть использовано в качестве верхнего бассейна. Для нижнего бассейна могут быть использованы водохранилище, озеро или река. Иногда для нижнего бассейна могут быть использованы заброшенные шахты, например угольные, или создан специальный подземный резервуар.При соответствующем обосновании устанавливаются paздельные агрегаты: насосный (электрический двигатель и насос) и турбинный (гидротурбина и гидрогенератор). Такую схему иногда называют четырехмашинной. 44)Водохранилище, нижний бьеф и их характеристики Основным назначением водохранилищ гидроэлектростанций является трансформация естественного, обычно неравномерного, режима речного стока в режим, необходимый для отдельных отраслей народного хозяйства и, в частности, энергетики. Кроме того, в некоторых случаях назначением водохранилищ является борьба с наводнением в нижнем бьефе во время половодий. В этих случаях определенное количество воды задерживается в водохранилище, благодаря чему расходы воды в нижнем бьефе становятся существенно меньшими естественных расходов половодий Водохранилища создаются путем устройства на реках или других водотоках плотин, повышающих уровни воды и образующих необходимой емкости водоемы  Статическая характеристика включает в себя две кривые. Первая— зависимость отметок уровня от объема водохранилища Zнб=Zнв(V) и обычно называемая объемной. Вторая отражает связь между отметками уровня и площадью зеркала водохранилища Zнб=Zнв(F) Эту характеристику называют площадной  При учете динамической емкости, как было показано выше, объем водохранилища при заданной отметке уровня в створе плотины будет определяться приточностью. Вследствие этого зависимость между значениями уровня и объемом водохранилища будет иметь другой характер, так как будет функцией двух переменных Zнб=Zнв(V,Qприт). Эти кривые называются кривыми динамического объема в отличие от кривой статического объема, изображенной на рис. 10.16, или кривой, соответствующей Qприт=0 45)Каскадное и комплексное использование водных ресурсов Каскадным называют использование водной энергии путем концентрации напора на нескольких, последовательно расположенных на одной реке створах (ступенях). Цель каскадного регулирования — обеспечение оптимального режима сработки и наполнения водохранилищ каскада по заданному критерию экономической эффективности. В каскаде могут быть как плотинные, так и деривационные схемы создания напора, а также плотинно-деривационные схемы Комплексное использование водных ресурсов — использование водных ресурсов для удовлетворения нужд населения и различных отраслей народного хозяйства, при котором находят экономически оправданное применение все полезные свойства водного объекта Комплексное использование обеспечивает от данного гидроузла больший экономический эффект, чем использование их какой-либо одной отраслью народного хозяйства 46)Основные элементы проточного тракта реактивных гидротурбин Турбинные камеры. Различают открытые и спиральные турбинные камеры. Для малых турбин и низких 'напоров турбинные камеры выполняются открытыми. Для средних и крупных турбин — спиральными. При этом, если напор менее 40 м, спирали изготовляются бетонными таврового сечения, при более высоких напорах — металлическими круглого сечения. Статор турбины служит для передачи нагрузки на фундамент ГЭС от вращающихся частей агрегата, осевого усилия воды и массива здания электростанции, расположенного над спиралью. Статор обычно состоит из отдельно поставленных колонн, связанных между собой при помощи верхнего и нижнего поясов. Число колонн выбирается вдвое меньше числа направляющих лопаток Размеры колонны, их конфигурация и расположение целиком определяются геометрическими данными спирали, условиями обтекания, а также условиями прочности. Направляющий аппарат служит для подвода воды к рабочему колесу, регулирования расхода в соответствии с развиваемой мощностью генератора, закрытия доступа воды к турбине при ее остановке и создания определенного направления (закрутки) потока Регулирующее кольцо поворачивается под воздействием специальных механизмов системы регулирования (сервомоторов), прикрепляемых тягой. Число подвижных лопаток зависит от размеров турбины, определяемых диаметром рабочего колеса Камера рабочего колеса представляет собой металлическое кольцо, в котором размещается рабочее колесо осевых турбин. К нижней части камеры непосредственно примыкает отсасывающая труба Отсасывающая труба предназначена для отвода воды из рабочего колеса турбины и нижним бьеф и оказывает большое влияние, па энергетические показатели турбины 47)Регулирование речного стока водохранилищами ГЭС Различают регулирование водноэнергетическое и водохозяйственное Водноэнергетическое регулирование осуществляет перераспределение стока для энергетических целей. Мощность ГЭС является функцией не только расхода, но и напора, поэтому процесс водноэнергетического регулирования связан с учетом того и другого и позволяет в конечном счете получить требуемый режим мощности ГЭС, а отсюда и режим выработки электроэнергии При водохозяйственном регулировании напор не является регулируемым параметром и перераспределяется лишь расход. В этом состоит основное отличие водноэнергетического регулирования от водохозяйственного Суточное регулирование. Заключается в том, чтобы в часы малой нагрузки ГЭС запасти в водохранилище избыточный приток, а в часы повышенной нагрузки его сработать. |