Η χρήση της ενέργειας της ροής του νερού, η συσκευή των υδραυλικών κατασκευών υδροηλεκτρικών σταθμών (ΗΡ)

Η ενέργεια του νερού ρέει

Η ενέργεια (δυναμικό) που έχει η ροή του νερού καθορίζεται από δύο μεγέθη: την ποσότητα του νερού που ρέει και το ύψος της πτώσης του στο στόμα.

Σε φυσική κατάσταση, η ενέργεια της ροής του ποταμού δαπανάται για τη διάβρωση του καναλιού, τη μεταφορά σωματιδίων του εδάφους, την τριβή στις όχθες και στον πυθμένα.

Με αυτόν τον τρόπο, η ενέργεια της ροής του νερού κατανέμεται σε όλη τη ροή, αν και άνισα — ανάλογα με τις κλίσεις του πυθμένα και τον δευτερεύοντα ρυθμό ροής του νερού. Για να χρησιμοποιηθεί η ενέργεια της ροής σε μια συγκεκριμένη περιοχή, είναι απαραίτητο να συγκεντρωθεί σε ένα τμήμα - σε μια ευθυγράμμιση.

Μερικές φορές μια τέτοια συγκέντρωση δημιουργείται από τη φύση με τη μορφή καταρρακτών, αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις πρέπει να δημιουργηθεί τεχνητά, με τη βοήθεια υδραυλικές κατασκευές.

Το Itaipu Hydroelectric Plant είναι το μεγαλύτερο υδροηλεκτρικό εργοστάσιο στον κόσμο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας

Η ενέργεια συγκεντρώνεται στο εργοτάξιο υδροηλεκτρικοί σταθμοί (HPP) δύο τρόποι:

• φράγμα που φράζει τον ποταμό και ανυψώνει νερό στη λεκάνη ανάντη — ανάντη N μέτρα από το επίπεδο της λεκάνης απορροής κατάντη — κατάντη. Η διαφορά στα ανάντη και κατάντη επίπεδα H ονομάζεται κεφαλή. Τα υδροηλεκτρικά εργοστάσια όπου η κεφαλή δημιουργείται από ένα φράγμα ονομάζονται κοντινό φράγμα και συνήθως χτίζονται σε επίπεδα ποτάμια.

• με τη βοήθεια ενός ειδικού καναλιού παράκαμψης — ενός καναλιού παραγωγής. Οι σταθμοί παραγωγής κατασκευάζονται κυρίως σε ορεινές περιοχές. Το κανάλι εκτροπής έχει πολύ μικρή κλίση, οπότε στο άκρο του συγκεντρώνεται σχεδόν πλήρως ολόκληρη η κεφαλή του τμήματος του ποταμού που περιβάλλεται από το κανάλι.

Δύναμη ροής στην ευθυγράμμιση της δομής καθορίζεται από την ποσότητα νερού που διέρχεται από την πύλη σε ένα δευτερόλεπτο, Q και κεφαλή H. Εάν το Q μετρηθεί σε m3/sec και το H σε μέτρα, τότε η παροχή στο τμήμα θα είναι ίση με:

Pp = 9,81 * Q* 3 kW.

Μόνο ένα μέρος αυτής της δυναμικότητας, ίσο με την απόδοση της εγκατάστασης, θα χρησιμοποιηθεί στις ηλεκτρογεννήτριες του υδροηλεκτρικού σταθμού. Επομένως, η ισχύς του σταθμού ηλεκτροπαραγωγής στο κεφάλι H και η ροή του νερού μέσω των στροβίλων Q θα είναι:

P = 9,81*B* H* απόδοση kW.

Μηχανοστάσιο για υδροηλεκτρικό εργοστάσιο

Σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας των υδροηλεκτρικών σταθμών, μέρος του νερού μπορεί να εκκενωθεί πέρα ​​από τις τουρμπίνες.

Η ενέργεια των ρεμάτων χρησιμοποιείται εδώ και αιώνες. Η ευρεία χρήση της ενέργειας του νερού έγινε δυνατή μόνο στα τέλη του 19ου αιώνα, όταν εφευρέθηκε ηλεκτρικός μετασχηματιστής και δημιούργησε τριφασικό σύστημα εναλλασσόμενου ρεύματος... Η ικανότητα μετάδοσης ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις κατέστησε δυνατή την αξιοποίηση της ενέργειας των πιο ισχυρών ρευμάτων νερού.

Το υδροηλεκτρικό εργοστάσιο Three Gorges της Κίνας, που βρίσκεται στον ποταμό Yangtze, είναι το μεγαλύτερο στον κόσμο όσον αφορά την εγκατεστημένη ισχύ.

Σύνθεση και διάταξη υδροτεχνικών εγκαταστάσεων υδροηλεκτρικών σταθμών

Η δομή της μονάδας δομών ενός υδροηλεκτρικού σταθμού φράγματος περιλαμβάνει συνήθως:

• κεφαλή φράγματος. Στο άνω τμήμα του φράγματος σχηματίζεται δεξαμενή με μεγαλύτερο ή μικρότερο όγκο ανάλογα με τις τοπογραφικές συνθήκες και το ύψος του φράγματος, που ρυθμίζει τη ροή του νερού μέσω των στροβίλων σύμφωνα με το χρονοδιάγραμμα φορτίου.

• υδροηλεκτρικό κτίριο;

• υδρορροές, με διαφορετικό σκοπό και αντίστοιχα διαφορετικό σχεδιασμό: να απορρίπτει την περίσσεια νερού που δεν χρησιμοποιείται στους στρόβιλους, για παράδειγμα σε πλημμύρες (υπερχειλίσεις). για τη μείωση του υδάτινου ορίζοντα στα νερά υπερχείλισης, κάτι που μερικές φορές είναι απαραίτητο, για παράδειγμα, κατά την επισκευή υδραυλικών εγκαταστάσεων (αποστράγγιση). για διανομή νερού μεταξύ χρηστών νερού (εγκαταστάσεις υδροληψίας)·

• μεταφορικές εγκαταστάσεις — πλωτές κλειδαριές, που παρέχουν μέσω ναυσιπλοΐας στο ποτάμι, ράφια και σχεδίες για ξύλινα ράφτινγκ·

• εγκαταστάσεις διέλευσης ψαριών.

Τμήμα για το κτίριο του υδροηλεκτρικού σταθμού

Τυπικές δομές του υδροηλεκτρικού σταθμού παραγωγής — κανάλι εκτροπής και σωληνώσεις από το κανάλι προς τους στρόβιλους.

Η κύρια αξία, ο πιο τεχνικά υπεύθυνος και ο πιο ακριβός κρίκος στο μπλοκ των υδροηλεκτρικών σταθμών είναι το φράγμα. Τα φράγματα διακρίνονται κατά μήκος της διαδρομής της υδάτινης διέλευσης:

• κουφόςπου δεν επιτρέπουν τη διέλευση του νερού.

• υπερχειλιστήςστην οποία το νερό ξεχειλίζει πάνω από την κορυφή του φράγματος.

• πίνακας πίνακαπου αφήνουν νερό να μπει όταν ανοίγουν οι ασπίδες (πύλες).

Το Cornalvo είναι ένα φράγμα στην Ισπανία, στην επαρχία Badajoz, που λειτουργεί εδώ και σχεδόν 2.000 χρόνια.

Τα φράγματα είναι συνήθως χωμάτινα και τσιμεντένια.

Το εγκάρσιο προφίλ του χωμάτινου φράγματος: 1 — δόντι. 2 — προστατευτικό στρώμα άμμου και χαλικιού. 3 — πήλινο πλέγμα: 4 — σώμα φράγματος. 5 — αδιάβροχη βάση

Το σχήμα δείχνει το προφίλ ενός πήλινου φράγματος χτισμένου σε ένα διαπερατό στρώμα μικρού πάχους. Το σώμα του φράγματος απορρίπτεται από κάθε έδαφος που δεν περιέχει μεγάλη ποσότητα οργανικών ακαθαρσιών και υδατοδιαλυτών αλάτων.

Κατά την πλήρωση ενός φράγματος με διαπερατά εδάφη, τοποθετείται ένα πλέγμα αργίλου στο σώμα του φράγματος για να αποφευχθεί η διήθηση του νερού. Το διαπερατό στρώμα πάνω στο οποίο είναι χτισμένο το φράγμα κόβεται από αδιάβροχο δόντι για τους ίδιους λόγους.

Εάν το φράγμα είναι πλήρως γεμάτο με άργιλο ή αμμώδες έδαφος, τότε δεν υπάρχει ανάγκη για φράγμα διαρροής. Στην κορυφή, το πλέγμα καλύπτεται με ένα προστατευτικό στρώμα άμμου και χαλίκι, το οποίο με τη σειρά του προστατεύεται από την κυματική διάβρωση με ένα πέτρινο πεζοδρόμιο (από την κορυφή του φράγματος μέχρι ένα σημάδι που βρίσκεται 0,5 - 0,7 m κάτω από τον χαμηλότερο δυνατό υδάτινο ορίζοντα στα πάνω νερά).

Κατά την πλήρωση ενός πήλινου φράγματος, κάθε στρώμα συμπιέζεται προσεκτικά με κυλίνδρους. Η αποστράγγιση του νερού μέσα από την κορυφή ενός αργιλικού φράγματος είναι απαράδεκτη, καθώς υπάρχει κίνδυνος διάβρωσής του. Ένας δρόμος συνήθως χτίζεται κατά μήκος της κορυφής ενός χωμάτινου φράγματος, το οποίο καθορίζει το πλάτος της κορυφής. Η κορυφογραμμή ασφαλτοστρώνεται με τον συνηθισμένο τρόπο.

Το πλάτος της βάσης του φράγματος εξαρτάται από το ύψος του και από την υποτιθέμενη κλίση των πρανών προς τον ορίζοντα. Η ανάντη κλίση γίνεται πιο επίπεδη από την κατάντη κλίση.

Επί του παρόντος, η μέθοδος της υδρομηχανοποίησης χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή μεγάλων χωμάτινων φραγμάτων.

Willow Creek Dam, Όρεγκον, ΗΠΑ, ένα φράγμα τύπου βαρύτητας από σκυρόδεμα

Σχέδιο τυφλού φράγματος από σκυρόδεμα: 1 — αποστράγγιση του φράγματος. 2 — προβολή γκαλερί. 3 — συλλέκτης. 4 — αποστράγγιση του θεμελίου

Το σχήμα δείχνει ένα άδειο φράγμα από σκυρόδεμα με κανονικό προφίλ με λωρίδα κυκλοφορίας στην κορυφή. Για πιο αξιόπιστη σύνδεση του φράγματος με το έδαφος και τις όχθες, η θεμελίωση του φράγματος γίνεται με τη μορφή πολλών προεξοχών. Ένα δόντι με βάθος 0,05 — 1,0 Z βρίσκεται στην πλευρά πίεσης.

Για την καταπολέμηση της διήθησης, τοποθετούνται κουρτίνες κατά της διήθησης κάτω από το δόντι, για τις οποίες, μέσω ενός συστήματος γεωτρήσεων με διάμετρο 5-15 cm, το διάλυμα τσιμέντου εγχέεται στις ρωγμές της βάσης (χώμα).

Αν και το σώμα του φράγματος είναι κατασκευασμένο από συμπαγές σκυρόδεμα, το νερό διαρρέει πάντα μέσα από αυτό. Για την αποστράγγιση αυτού του νερού κατάντη, στο φράγμα έχει τοποθετηθεί ένα σύστημα αποστράγγισης που αποτελείται από κάθετα φρεάτια - αποχετεύσεις (με διάμετρο 20 - 30 cm) που γίνονται στο σώμα του φράγματος κάθε 1,5 - 3 m.

Το νερό που αποστραγγίζεται μέσω αυτών εισέρχεται στις κυβέτες της στοάς παρατήρησης 2, από όπου οδηγείται μέσω οριζόντιων συλλεκτών 3 στην κάτω πισίνα. Η γκαλερί παρατήρησης, η οποία βρίσκεται στο σώμα του φράγματος σε όλο το μήκος του, είναι φτιαγμένη για να παρακολουθεί την κατάσταση του σκυροδέματος και της διήθησης του νερού.

Οι παραγόμενες δομές παροχής νερού υλοποιούνται συχνότερα με τη μορφή ανοιχτού καναλιού. Σε μαλακά εδάφη, το τμήμα του καναλιού είναι συνήθως τραπεζοειδές. Οι τοίχοι και ο πυθμένας του καναλιού είναι επενδεδυμένοι με σκυρόδεμα ή άσφαλτο για τη μείωση της διήθησης, την πρόληψη της διάβρωσης, τη μείωση της τραχύτητας και τις σχετικές απώλειες πίεσης. Χρησιμοποιείται επίσης λιθόστρωτη επένδυση.

Τα κανάλια εκτροπής σε βραχώδη εδάφη έχουν ορθογώνια διατομή.Εάν δεν είναι δυνατή η διεξαγωγή ανοιχτού καναλιού, χρησιμοποιούνται εσοχές με ορθογώνια ή κυκλική διατομή.Το νερό από το κανάλι εκτροπής στους στρόβιλους τροφοδοτείται μέσω αγωγών. μέταλλο, οπλισμένο σκυρόδεμα και ξύλινο.