Устройство и принцип работы гидроэлектростанции

Дать краткое описание общего устройства и принципа работы русловой ГЭС плотинного или приплотинного типа. Объяснить роль отдельных элементов ГЭС (турбины, спиральной камеры, отсасывающей трубы, направляющего аппарата и генератора) при преобразовании механической энергии воды в электрическую. Привести зависимости для определения энергетических показателей ГЭС и объяснить назначение в них расчетных параметров (напора, расхода воды и установленной мощности).

 

Практическая работа № 2

Установление типа и основных параметров турбины

По заданной мощности всей ГЭС (N,тыс. КВт) и числу турбин (m) определить мощность на валу одной турбины (N _Т, тыс. КВт). В зависимости от установленной мощности и заданной величины расчетного напора (Н, м) по сводному графику областей применения поворотно-лопастных и радиально-осевых турбин установить тип турбины. Определить приближенные значения диаметра рабочего колеса (Д ₁, м) частоты вращения (n, об/мин.) и высоты отсасывания (Н _s, м). Окончательные значения диаметра рабочего колеса выбирают из ряда унифицированных значений согласно номенклатуре.

Если заданным значениям мощности и расчетного напора на сводном графике соответствуют два типа турбин, то в этом случае необходимо выполнить технико-экономическое сравнение. Объяснить физический смысл отдельных параметров и их влияние на энергетические показатели турбины.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА И ПОРЯДОК ЕГО

ВЫПОЛНЕНИЯ

1. По типу турбины выбрать тип турбинной камеры и установить предварительные размеры ее входного сечения.

2. Произвести гидромеханический расчет турбинной камеры и вычертить в установленном масштабе продольный разрез входного сечения камеры и очертание в плане спирального канала.

3. Выбрать тип отсасывающей трубы, ее колена и определить их основные размеры. Продольный разрез и план отсасывающей трубы вычерчивается в таком же масштабе, как и турбинная камера.

4. Выбрать конструкцию и установить основные размеры здания ГЭС, предусмотрев, если это целесообразно, водосбросные отверстия в здании станции. Вычертить схему ГЭС и разрез по оси агрегата.

5. Выбрать тип и определить основные размеры затвора отсасывающей трубы. Составить схему конструкции затвора и выполнить расчет его основных элементов. Определить тяговое усилие для подъема затвора.

6. Распределить максимальный расчетный расход воды в реке по водопропускным сооружениям (ГЭС, плотина и судоходный шлюз). Расположить сооружения на плане реки. Построить разрезы по напорной линии и по оси судоходной трассы. Дать обоснование предлагаемой компоновки с указанием последовательности производства работ, при которой обеспечивается пропуск строительных расходов и непрерывность судоходства при сооружении гидроузла.

 

Оформление практических работ и курсового проекта

В состав практических работ входит пояснительная записка, которая должна содержать основные сведения по изучаемым вопросам, необходимые расчеты, схемы и эскизы. Курсовой проект представляется в виде пояснительной записки и одного листа чертежей. Материал записки должен соответствовать содержанию проекта и последовательности выполнения задания.

Лист чертежей должен содержать схемы устройства здания ГЭС и ее основных элементов (разрезы и планы здания, турбинной камеры, отсасывающей трубы) в масштабе 1:200 – 1:500, а также чертежи затвора отсасывающей трубы.

Пояснительная записка и чертежи выполняются в соответствии с требованиями ЕСКД.

ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Гидроэлектрическая станция (ГЭС) – гидротехническое сооружение, предназначенное для преобразования механической энергии потока воды в электрическую. ГЭС представляют собой комплекс сооружений, создающих подпор, подводящих к турбинам и отводящих от них воду, и здания, необходимого для размещения гидроагрегатов, механического и электрического оборудования.

Гидроэлектростанции используют механическую энергию водотоков и являются высокоэффективными источниками электроэнергии. В конструктивном отношении они имеют самое разнообразное устройство, определяемое величиной используемого напора, типом турбины, топографическими, гидрологическими, экологическими и другими условиями. Наиболее широкое применение получили русловые ГЭС (плотинные и приплотинные) и станции деривационного типа (напорные и безнапорные).

Основным элементом ГЭС является турбина, позволяющая преобразовать энергию водного потока в механическую энергию вращения рабочего колеса, которое приводит во вращение ротор генератора электрического тока.

Подача воды к турбине плотинной ГЭС (рис. 1) осуществляется по водоводу 2, называемому спиральной камерой, охватывающему по окружности рабочее колесо турбины 1, а отвод воды в нижний бьеф – по изогнутому водоводу – отсасывающей трубе 11.

Спиральная камера со стороны верхнего бьефа закрывается быстропадающими затворами 6, перед которыми располагаются сороудерживающие решетки с механизмами их очистки. Для ремонта и осмотра турбины спиральная камера со стороны верхнего бьефа и отсасывающая труба со стороны нижнего бьефа закрывается ремонтными затворами 7. Маневрирование затворами осуществляется при помощи специальных механизмов.

В машинном зале 9 для перемещения турбины и частей генераторов предусмотрены мостовые краны, передвигающиеся по путям на колоннах. Оборудование ГЭС и мастерские располагаются в соответствующих помещениях здания. Трансформаторные подстанции, передающие электрический ток в линию высокого напряжения, обычно размещают со стороны нижнего бьефа. Со стороны верхнего бьефа устроен мост 8 для проезда автомобильного и железнодорожного транспорта

Здание гидроэлектростанции проверяется на прочность и устойчивость, а подземный контур на фильтрационное воздействие грунтовых вод. Для увеличения пути фильтрационного потока со стороны верхнего бьефа устраивают железобетонный анкерный понур или предусматривают забивку шпунта 12. Для предотвращения размыва дна реки перед зданием ГЭС и в нижнем бьефе предусматривается крепление бетонными плитами.

 

Рис. 1. Общее устройство гидроэлектростанции:

1 – турбина; 2 – спиральная камера; 3 – генератор; 4 – вал турбины; 5 – возбудитель; 6 – паз рабочего затвора ГЭС; 7 – паз ремонтного затвора; 8 – мост; 9 – машинный зал; 10 – паз ремонтного затвора отсасывающей трубы; 11 – отсасывающая труба; 12 – шпунт

 

По длине здание ГЭС разделяется на отдельные блоки, в которых устроено определенное число агрегатов. При разбивке на блоки по соображениям простоты схемы электрических соединений чаще всего принимают четное число агрегатов. Наименьшее число агрегатов по условию обеспечения непрерывности работы ГЭС обычно принимается равным двум: предусматривается возможность ремонта одного из агрегатов.

Подвод воды к приплотинным и деривационным ГЭС осуществляется по напорным водоводам, устроенным в теле плотины или непосредственно на местности к каждому агрегату. Станции этих типов работают преимущественно при больших напорах, они используют значительную часть потенциальной энергии потока и отличаются от плотинных станций более высокими энергетическими показателями.