Vesivirran energian käyttö, vesivoimalaitosten (HPP) hydraulisten rakenteiden laite

Veden energia virtaa

Veden virtauksen energia (potentiaali) määräytyy kahdella suurella: virtaavan veden määrällä ja sen suulle putoamisen korkeudella.

Luonnollisessa tilassa joen virtauksen energia kuluu väylän eroosioon, maaperän hiukkasten siirtymiseen, rantojen ja pohjan kitkaan.

Tällä tavalla veden virtauksen energia jakautuu koko virtaukseen, vaikkakin epätasaisesti — riippuen pohjan kaltevuudesta ja veden toissijaisesta virtausnopeudesta. Jotta virtauksen energiaa voitaisiin käyttää tietyllä alueella, se on keskitettävä yhteen osaan - yhteen linjaukseen.

Joskus tällainen keskittymä syntyy luonnosta vesiputousten muodossa, mutta useimmissa tapauksissa se on luotava keinotekoisesti, vesiputousten avulla. hydrauliset rakenteet.

Itaipun vesivoimala on maailman suurin sähköä tuottava vesivoimalaitos

Energia keskitetään rakennustyömaalle vesivoimalaitokset (HPP) kaksi tapaa:

• pato, joka sulkee joen ja nostaa vettä altaassa ylävirtaan - ylävirtaan N metriä altaan tasosta alavirtaan - alavirtaan. Eroa ylä- ja alavirran tasoissa H kutsutaan pääksi. Vesivoimaloita, joissa pato muodostaa pään, kutsutaan lähellä patoa ja ne rakennetaan yleensä tasaisille joille.

• erityisen ohituskanavan - johtamiskanavan - avulla. Johdatusasemat rakennetaan pääasiassa vuoristoalueille. Ohjauskanava on hyvin pieni kaltevuus, joten sen päässä on koko kanavan ympäröimä joenpää lähes kokonaan keskittynyt.

Virtausvoima rakenteen kohdistuksessa määräytyy portin läpi sekunnissa kulkevan veden määrällä Q ja nosto H. Jos Q mitataan m3/s ja H metreinä, niin osuuden virtausnopeus on yhtä suuri:

Pp = 9,81 * Q* 3 kW.

Tästä kapasiteetista vain osa, joka vastaa laitoksen hyötysuhdetta, käytetään vesivoimalan sähkögeneraattoreissa. Siksi voimalaitoksen teho kärjessä H ja veden virtaus turbiinien Q läpi ovat:

P = 9,81*B* H* hyötysuhde kW.

Vesivoimalan konehuone

Vesivoimalaitosten todellisissa käyttöolosuhteissa osa vedestä voi joutua pois turbiinien ohi.

Virtojen energiaa on käytetty vuosisatoja. Vesivoiman laaja käyttö tuli mahdolliseksi vasta 1800-luvun lopulla, kun se keksittiin sähkömuuntaja ja luotu kolmivaiheinen vaihtovirtajärjestelmä... Kyky siirtää energiaa pitkiä matkoja mahdollisti voimakkaimpien vesivirtojen energian valjastamisen.

Kiinan Kolmen rotkon vesivoimala, joka sijaitsee Jangtse-joella, on maailman suurin asennetulla kapasiteetilla mitattuna.

Vesivoimalaitosten hydroteknisten tilojen kokoonpano ja järjestely

Patovesivoimalaitoksen rakenneyksikön rakenne sisältää yleensä:

• padon pää. Padon yläjuoksulle muodostuu topografisista olosuhteista ja padon korkeudesta riippuen suurempi tai pienempi säiliö, joka säätelee veden virtausta turbiinien läpi kuormitusaikataulun mukaisesti;

• vesivoimarakennus;

• vesikourut, jolla on eri tarkoitus ja vastaavasti erilainen rakenne: purkaa turbiineissa käyttämättä jäänyt ylimääräinen vesi esimerkiksi tulvien (ylivuotojen) aikana; vesihorisontin alentamiseen ylivuotovesissä, mikä on joskus tarpeellista, esimerkiksi kunnostetaan hydraulisia tiloja (viemäröinti); veden jakamiseen veden käyttäjien kesken (vedenottolaitteet);

• kuljetusmahdollisuudet — purjehduskelpoiset lukot, jotka tarjoavat joen navigoinnin, hyllyt ja lautat puukoskenlaskua varten;

• kalankulkumahdollisuudet.

Osio vesivoimalan rakentamisesta

Johdannaisen vesivoimalan tyypillisiä rakenteita — kiertokanava ja putket kanavasta turbiineihin.

Vesivoimalaitoslohkon pääarvo, teknisesti vastuullisin ja kallein lenkki on pato. Padot erotetaan veden kulkureitillä:

• kuurojotka eivät salli veden kulkua;

• spillwayjossa vesi vuotaa yli padon harjan;

• paneelilevyjotka päästävät vettä sisään, kun suojat (portit) avataan.

Cornalvo on pato Espanjassa Badajozin maakunnassa, joka on ollut toiminnassa lähes 2000 vuotta.

Padot ovat yleensä savia ja betonia.

Maapadon poikittaisprofiili: 1 — hammas; 2 — suojakerros hiekkaa ja soraa; 3 — saviristikko: 4 — padon runko; 5 — vedenpitävä pohjakerros

Kuvassa on matalan paksuisen läpäisevän kerroksen päälle rakennetun savipadon profiili. Padon runko puretaan maaperästä, joka ei sisällä suuria määriä orgaanisia epäpuhtauksia ja vesiliukoisia suoloja.

Kun pato täytetään läpäisevällä maaperällä, padon runkoon asetetaan saviristikko veden suodattumisen estämiseksi. Läpäisevä kerros, jolle pato on rakennettu, leikataan samoista syistä vedenpitävällä hampaalla.

Jos pato on kokonaan täytetty savella tai hiekkaisella maalla, ei vuotoestettä tarvita. Päällimmäisenä peite on peitetty suojaavalla hiekka- ja sorakerroksella, jota vuorostaan ​​suojaa aaltoeroosiolta kivipäällyste (padon harjasta merkkiin, joka on 0,5 - 0,7 m alimman mahdollisen vesihorisontin alapuolella). ylävesillä).

Savipatoa täytettäessä jokainen kerros tiivistetään huolellisesti teloilla. Veden tyhjennys savipadon harjan kautta on kiellettyä, koska on olemassa sen eroosion vaara. Tie rakennetaan yleensä maapadon harjalle, joka määrittää harjan leveyden. Harju on asfaltoitu tavalliseen tapaan.

Padon pohjan leveys riippuu sen korkeudesta ja rinteiden oletetusta kaltemisesta horisonttiin. Ylävirran rinteestä tulee tasaisempi kuin alavirran rinteestä.

Tällä hetkellä hydromekanisointimenetelmää käytetään laajalti suurten savipatojen rakentamisessa.

Willow Creek Dam, Oregon, USA, betonista valmistettu painovoima-tyyppinen pato

Sokean betonipadon kaavio: 1 — padon tyhjennys; 2 — katselu galleria; 3 — keräilijä; 4 — perustuksen kuivatus

Kuvassa on normaaliprofiilinen tyhjä betonipato, jonka päällä on liikennekaista. Padon luotettavampaa yhdistämistä varten maaperään ja rantaan padon perustus tehdään useiden reunusten muodossa. Hammas, jonka syvyys on 0,05 - 1,0 Z, sijaitsee painepuolella.

Suodatuksen torjumiseksi hampaan alle asetetaan suodatuksen estoverhot, joita varten sementtiliuos ruiskutetaan pohjan (maaperän) halkeamiin porausreikäjärjestelmän läpi, jonka halkaisija on 5–15 cm.

Vaikka padon runko on valmistettu kiinteästä betonista, vettä tihkuu sen läpi aina. Tämän veden tyhjentämiseksi alavirtaan patoon on järjestetty viemärijärjestelmä, joka koostuu pystysuuntaisista kaivoista - viemäristä (halkaisijaltaan 20 - 30 cm), jotka on tehty padon runkoon 1,5 - 3 m välein.

Niiden kautta valutettu vesi menee havaintogallerian 2 kyvetteihin, joista se johdetaan vaakakeräinten 3 kautta alempaan altaaseen. Padon rungossa koko pituudeltaan kulkeva havaintogalleria on tehty seuraamaan betonin ja veden suodatuksen kuntoa.

Johdetut vesihuoltorakenteet toteutetaan useimmiten avoimen kanavan muodossa. Pehmeässä maaperässä kanavaosa on yleensä puolisuunnikkaan muotoinen. Kanavan seinät ja pohja on vuorattu betonilla tai asfaltilla suodattumisen vähentämiseksi, eroosion estämiseksi, karheuden ja siihen liittyvien painehäviöiden vähentämiseksi. Myös mukulakivipäällysteitä käytetään.

Kivisten maaperän poikkisuuntaiset kanavat ovat poikkileikkaukseltaan suorakaiteen muotoisia. Jos avointa kanavaa ei ole mahdollista toteuttaa, käytetään poikkileikkaukseltaan suorakaiteen tai pyöreän muotoisia syvennyksiä. Vesi syötetään poistokanavasta turbiineille putkilinjojen kautta. Putkilinjat ovat metalli, teräsbetoni ja puu.