HIDRAULIKA ENERGIJA VODE s povrina poprenog preseka cevi

HIDRAULI^KA ENERGIJA VODE s - povr{ina popre~nog preseka cevi; E - energija koju sadr`i neka koli~ina vode u popre~nom preseku; P - snaga vodenog toka; Q- protok u [m 3/s]; p - nadpritisak u odnosu na atmosferski pritisak (smatra}e se da je na svim nivoima atmosferski pritisak isti); v=Q/s- sredwa brzina proticawa vode kroz popre~ni presek cevi; h- visina te`i{ta popre~nog preseka u odnosu na izabranu referentnu ravan.

Energija elementarne mase vode koja prolazi kroz popre~ni presek cevi mo`e se razlo`iti na tri komponente: d. E - ukupna energija elementarne mase vode u nekom popre~nom preseku; d. Ek - kineti~ka energija elementarne mase vode dm: d. Epo - potencijalna energija elementarne mase vode u odnosu na referentnu ravan: d. Epr - energija pritiska:

Ukupna snaga vodenog toka u nekom preseku je: Уkupnа jedini~nа energijа vodenog toka: e = jedini~na kineti~ka energija + jedini~na potencijalna energija + jedini~na pritisna energija. Напор воденог тока Н: Н = brzinska visina + geometrijska visina + piezometrijska visina

Rastojawe od brane pa do ta~ke 1, u kojoj se ne ose}a uticaj izgra|ene brane, naziva se uspor reke. gv - gorwa voda (nivo gorwe vode), dv HR HS - dowa voda (nivo dowe vode), - geodetski re~ni pad, - stati~ki pad. Хidrauli~ki stepen iskori{}ewa re~nog toka:

Deo akumulacionog jezera HE Uvac za vreme niskog vodostaja

Хидрауличка снага речног тока Nakon izgradwe brane, korisna snaga vodenog toka jednaka je razlici snaga vodenog toka ispred brane i iza brane:

gde je: HR[m] Q [m 3/s] 8 - re~ni pad, - protok, i - koeficijent koji uzima u obzir stepen iskori{}ewa re~nog toka i gubitak snage izazvan ~iwenicom da dowa voda ima neku brzinu koja je ve}a od brzine gorwe vode. Re~ni pad odre|uje se geodetskim merewima. Protok Q(m 3/s) odre|uje se merewima u du`em vremenskom periodu (nekoliko desetina godina). Protok reke nije konstantan i zavisi od doba godine i atmosferskih padavina. Va`no je dobro oceniti maksimalan i minimalan protok reke (Qmax i Qmin) u toku godine.

Јединични рад и снага турбине h 1 - nivo gorwe vode, h 2 - nivo dowe vode, T - turbina, 1 - ulazni presek, 2 - izlazni presek, 1 T - ulazni presek turbine, 2 T - izlazni presek turbine.

Razlika nivoa gorwe i dowe vode predstavqa stati~ki pad: Razlika napora strujnog toka vode u presecima 1 i 2 je bruto pad: Jedini~ni rad turbine e. T je razlika jedini~ne energije vode na ulazu u turbinu (1 T) i jedini~ne energije vode na izlazu iz turbine (2 T) је јedini~ni rad turbine e. T : e. T = akcijska komponenta jedini~nog rada (e. TA) + reakcijska komponenta jedini~nog rada (e. TR)

Jedini~ne energije e 1 T i e 2 T mogu se izraziti preko jedini~nih energija e 1 i e 2 kao: Koli~nik e. T/g predstavqa neto pad turbine Н:

Hidrauli~ka snaga turbine је: H [m] - neto pad Q [m 3/s] - protok vode kroz turbinu Korisna snaga turbine (na vratilu) ne{to je mawa od hidrauli~ke snage zbog gubitaka u samoj turbini. Сtepen iskori{}ewa turbine:

SPECIFI^NI BROJ OBRTAJA TURBINE Hidrauli~ke turbine se ispituju pomo}u fizi~kih modela male snage i malog pada Broj obrtaja modela turbine, pri kome se dobija maksimalan stepen iskori{}ewa, naziva se specifi~ni broj obrtaja za neki tip turbine. za model turbine snage Pmod=1 k. W pri padu od Hmod=1 m. • Модел јединичне снаге и јединичног пада • Модел јединичног протока и јединичне снаге

POVOQAN BROJ OBRTAJA HIDRAULI^KE TURBINE

Прилагођавање брзине обртања турбине и генератора Brzini obrtawa sinhronog genratora je konstantna i yavisi od broja r pari polova i frekvencije mre`e na koju je pikqu~en genrator. Za 50 Hz mre`u bryina obrtawa genratora je: Povoqna brzina obrtawa turbine, yavisi od tipa turbine i parametara ali je generalno mala u pore}ewu sa 3000 ob/min. Iz tog rayloga se moraju u hidroelektranama koristiti vi{epolni sinhroni genеratori. U praksi se hidrogeneratori grade sa nominalnim brzinama u opsegu: Pri izboru broja pari polova i turbine te`i se da (nn) bude {to ve}e a da se pri tome dobije (ns) koje odgovara stvarnim turbinama (realno izvodqivim).

VRSTE HIDRAULI^KIH TURBINA

Oblasti primene osnovnih tipova turbina za velike snage

Peltonova turbina • Akciona turbina • Koristi se za velike padove i male protoke • Koristi se za male i za velike snage

Princip rada Peltonove turbine Voda iz akumulacije se dovodi cevovodom do mlaznice

Detaqi izgradwe dovodnih cevovoda

Varijante Peltonovih turbina Od akumulacije do Peltonove turbine voda se dovodi duga~kim cevovodima. Da bi se, po potrebi, snaga turbine brzo mogla da smawi do nule koristi se skreta~ mlaza (sl. 1. 6 a), jer se protok vode kroz cevovod ne sme naglo prekinuti zbog dinami~kih pritisaka koji bi tada nastali.

Fransisova turbina 1 -cevovod; 2 -spiralna komora; 3 -statorske lopatice; 4 -lopatice sprovodnog aparata; 5 -obrtno kolo; 6 -sifon; 7 -vratilo; 8 -sinhroni generator; 9 -stator sinhronog generatora; 10 -rotor sinhronog generatora; 11 -radijalni turbinski le`aj; 12 generatorski radijalni le`aj; 13 -generatorski radijalni le`aj; 14 -aksijalni le`aj; 15 spojnica.

Fransisova turbina Pogled na spiralnu komoru Monta`a obrtnog kola Spiralna komora ravnomerno dovodi vodu obrtnom kolu i stvara raotaciono strujawe vode.

Sprialna komora Francisove turbine nazivne snage 700 MW

Regulacija sprovodnog aparata Fransisove turbine

Princip regulacije protoka kroz Fransisovu turbinu Mali protok Veliki protok Sprovodni aparat je jedини regulacioni element Fransisove turbine. Lopatice sprovodnog aparata su pokretne i slu`e za regulaciju protoka vode kroz turbinu. Lopatice pokre}e hidrauli~ki servo motor (pokre}e ga uqe pod pritiskom);

Kaplanova turbina 1 - statorske lopatice; 2 - lopatice sprovodnog aparata; 3 - betonska spiralna komora; 4 - obrtno kolo; 5 - sifon; 6 - generator. Glavni vodeni tok kroz Kaplanovu turbinu je aksijalan. Obrtno kolo Kaplanove turbine ima 5 ili 6 lopatica koje se pomo}u mehanizma glav~ine mogu zakretati. Tako je i kod ovih turbina regulacija dvojna, preko sprovodnog aparata i zakretawem lopatica obrtnog kola.

Kaplanova turbina

Propelerne turbine. Podvarijante Kaplanove turbine sa fiksnim lopaticama obrtnog kola nazivaju se propelerne turbine.

Dijagonalne turbine 1 , 13 - spiralna komora; 2 , 10 - statorske lopatice; 3 , 9 - lopatice sprovodnog aparata; 4 , 11 - mehanizam za regulaciju sprovodnog aparata; 5 - servo motor sprovodnog aparata; 6 - sifon; 7 - obrtno kolo; 8 - glav~ina obrtnog kola; 12 - vratilo. Voda kroz turbinu proti~e dijagonalno, odakle poti~e naziv turbine. Pored lopatica sprovodnog aparata kod ove turbine reguli{e se i nagib lopatica obrtnog kola, tako da je kod we mogu}a dvojna regulacija.

Cevne turbine 1 - obrtno kolo; 2 - sprovodni aparat; 3 - mehanizam za regulaciju sprovodnog aparata; 4 - statorske lopatice. 5 - otvor za remont; 6 i 7 - radijalni le`aj; 8 - aksijalni le`aj; 9 i 10 - rotor i stator; 11 - poklopac za remont; 12 - stepenice; 13 - prolaz za osobqe; 14 - elektri~ni razvod; 15 i 17 - kapsula generatora; 16 - dowi stub koji dr`i kapsulu; 18 - gorwi stub kroz koji se ulazi u kapsulu. Ove turbine imaju najve}u sposobnost propu{tawa vode, tako da i pri vrlo malim padovima mogu razviti velike snage. Cevne turbine reguli{u se dvojno, preko sprovodnog aparata i zakretawem lopatica obrtnog kola.

KARAKTERISTIKE VODNIH TURBINA • vodne turbine sa jednostrukom regulacijom • vodne turbine sa dvojnom regulacijom Za vodne turbine sa jednostrukom regulacijom (samo preko sprovodnog aparata) definisane su slede}e karakteristike: P =f 1 ( a , H , n ) Q =f 2 ( a , H , n ) h=f 3 (a, H, n) s=f 4 (a, H, n) gde su: a (mm) - karakteristika snage, karakteristika protoka, karakteristika stepena iskori{}ewa, karakteristika kavitacionog koeficijenta, - otvarawe sprovodnog aparata ili kopqa kod Peltonove turbine, H (m) - neto pad, n (1/min) - brzina obrtawa.

Definisawe veli~ine otvarawa sprovodnog aparata “a” Otvarawe kopqa kod Peltonove turbine Otvarawa sprovodnog aparata definisano je kao pre~nik najve}eg kruga koji mo`e pro}i kroz lopatice sprovodnog aparata.

Otvarawe sprovodnog aparata kod Fransisove turbine Mali protok – malo , , a” Veliki protok – veliko , , a” a

Za turbine sa dvojnom regulacijom defini{u se iste karakteristike, ali one sada zavise i od ugla lopatica obrtnog kola, tj. : P=f 1 (a, j , H, n) - karakteristika snage, Q=f 2 (a, j , H, n) - karakteristika protoka, h=f 3 (a, j , H, n) - karakteristika stepena iskori{}ewa, s=f 4 (a, j , H, n) - karakteristika kavitacionog koeficijenta gde je : j - ugao lopatica obrtnog kola u odnosu na ravan rotacije. Karakteristike vodnih turbina su funkcije tri ili ~etiri promenqive te se ne mogu prikazati grafi~ki

Linijske karakteristike turbina Ako se neke od promenqivih u karakteristikama turbine fiksiraju dobi}e se familije linijskih karakteristika prikazane na slici:

Eksploatacione karakteristike turbine ({koqkasti dijagrami) Na eksplotacionom dijagramu unete su: • krive konstantnog stepena iskori{}ewa (h=const), • krive konstantnog otvora sprovodnog aparata (a=const) i • krive konstantne usisne visine sifona (Hs=const).