השימוש באנרגיה של זרימת המים, המכשיר של מבנים הידראוליים של תחנות כוח הידרואלקטריות (HPP)

אנרגיה של מים זורמת

האנרגיה (הפוטנציאל) שיש לזרימת המים נקבעת על ידי שני כמויות: כמות המים הזורמים וגובה נפילתם אל הפה.

במצב טבעי, האנרגיה של זרימת הנהר מושקעת על שחיקה של הערוץ, העברת חלקיקי אדמה, חיכוך על הגדות והקרקעית.

בדרך זו, האנרגיה של זרימת המים מתפזרת לאורך הזרימה, אם כי באופן לא אחיד - בהתאם למדרונות הקרקעית ולקצב הזרימה המשני של המים. על מנת להשתמש באנרגיה של הזרימה בתוך אזור מסוים, יש צורך לרכז אותה בקטע אחד - ביישור אחד.

לעיתים ריכוז כזה נוצר על ידי הטבע בצורת מפלים, אך ברוב המקרים יש ליצור אותו באופן מלאכותי, בעזרת מבנים הידראוליים.

תחנת הכוח ההידרואלקטרית של איטאיפו היא תחנת הכוח ההידרואלקטרית הגדולה בעולם לייצור חשמל

האנרגיה מתרכזת באתר הבנייה תחנות כוח הידרואלקטריות (HPP) שתי דרכים:

• סכר החוסם את הנהר ומעלה מים באגן במעלה הזרם - במעלה הנהר N מטרים ממפלס האגן במורד הזרם - במורד הזרם. ההבדל ברמות במעלה והנחל H נקרא ראש. מפעלים הידרואלקטרים ​​שבהם הראש נוצר על ידי סכר נקראים ליד-סכר ונבנים בדרך כלל על נהרות שטוחים;

• בעזרת ערוץ עוקף מיוחד - ערוץ גזירה. תחנות גזירה בנויות בעיקר באזורים הרריים. לתעלת ההטיה שיפוע קטן מאוד, כך שבקצהו כל ראש קטע הנהר המוקף בתעלה מרוכז כמעט לחלוטין.

כוח זרימה ביישור המבנה נקבע על פי כמות המים העוברת דרך השער בשנייה אחת, Q וראש H. אם Q נמדד ב-m3/sec, ו-H במטרים, אזי קצב הזרימה בקטע יהיה שווה ל:

Pp = 9.81 * Q* 3 קילוואט.

רק חלק מקיבולת זו, השווה ליעילות המתקן, ישמש בגנרטורים החשמליים של המפעל ההידרואלקטרי. לכן, הכוח של תחנת הכוח בראש H וזרימת המים דרך הטורבינות Q יהיה:

P = 9.81*B* H* יעילות קילוואט.

חדר מכונות למפעל הידרואלקטרי

בתנאי הפעלה אמיתיים של מפעלים הידרואלקטרים, חלק מהמים עלולים להישפך מעבר לטורבינות.

האנרגיה של נחלים הייתה בשימוש במשך מאות שנים. השימוש הנרחב בכוח המים התאפשר רק בסוף המאה ה-19, כשהומצא שנאי חשמלי ויצרה מערכת זרם חילופין תלת פאזי... היכולת להעביר אנרגיה למרחקים ארוכים אפשרה לרתום את האנרגיה של זרמי המים החזקים ביותר.

המפעל ההידרואלקטרי של סין שלושת הנקיקים, הממוקם על נהר היאנגצה, הוא הגדול בעולם מבחינת קיבולת מותקנת.

הרכב וסידור של מתקנים הידרוטכניים של תחנות כוח הידרואלקטריות

המבנה של יחידת המבנים של תחנת כוח הידרואלקטרית בסכר כולל בדרך כלל:

• ראש סכר. בחלק העליון של הסכר נוצר מאגר בנפח גדול או קטן יותר בהתאם לתנאים הטופוגרפיים ולגובה הסכר, המווסת את זרימת המים דרך הטורבינות בהתאם ללוח העומסים;

• בניין הידרואלקטרי;

• מרזבים, בעל מטרה שונה ועיצוב שונה בהתאם: להזרים את עודפי המים שאינם בשימוש בטורבינות, למשל בזמן שיטפונות (הצפות); להורדת אופק המים במימי ההצפה, הנחוצה לעיתים, למשל, בעת תיקון מתקנים הידראוליים (ניקוז); לחלוקת מים בין משתמשי מים (מתקני צריכת מים);

• מתקני תחבורה - מנעולים ניתנים לשיט, המספקים בניווט על הנהר, מדפים ורפסודות לרפטינג מעץ;

• מתקני מעבר דגים.

קטע על בניית המפעל ההידרואלקטרי

מבנים אופייניים של המפעל ההידרואלקטרי הנגזרת - תעלת הטיה וצנרת מהערוץ לטורבינות.

הערך העיקרי, החוליה האחראית ביותר מבחינה טכנית והחוליה היקרה ביותר בגוש תחנות כוח הידרו הוא הסכר. סכרים נבדלים לאורך נתיב מעבר המים:

• חירששאינם מאפשרים מעבר מים;

• שפךשבו המים עולים על פסגת הסכר;

• לוח פאנלשמכניסים מים כשפותחים את המגנים (השערים).

קורנלבו הוא סכר בספרד, במחוז באדג'וז, שפועל כבר כמעט 2,000 שנה.

סכרים הם בדרך כלל עפר ובטון.

הפרופיל הרוחבי של סכר האדמה: 1 - שן; 2 - שכבת מגן של חול וחצץ; 3 - רשת חימר: 4 - גוף הסכר; 5 - שכבת בסיס עמידה למים

האיור מציג פרופיל של סכר חרס הבנוי על שכבה חדירה בעובי נמוך. גוף הסכר נשפך מכל אדמה שאינה מכילה כמות גדולה של זיהומים אורגניים ומלחים מסיסים במים.

בעת מילוי סכר בקרקעות חדירות, מניחים רשת חימר בגוף הסכר למניעת סינון מים. השכבה החדירה עליה בנוי הסכר נחתכת על ידי שן עמידה למים מאותן סיבות.

אם הסכר מלא לגמרי באדמה או באדמה חולית, אין צורך במחסום חלחול. בחלקו העליון, המסך מכוסה בשכבת הגנה של חול וחצץ, שבתורה מוגן מפני שחיקת גלים על ידי ריצוף אבן (מפסגת הסכר ועד לסימון שנמצא 0.5 - 0.7 מ' מתחת לאופק המים הנמוך ביותר האפשרי. במים העליונים).

בעת מילוי סכר חימר, כל שכבה נדחסת בקפידה עם גלילים. ניקוז מים דרך פסגה של סכר חרס אינו קביל, שכן קיימת סכנת שחיקתו. בדרך כלל נבנה דרך לאורך פסגת סכר עפר, המגדיר את רוחב הפסגה. הרכס אספלט בדרך הרגילה.

רוחב בסיס הסכר תלוי בגובהו ובנטייה המשוערת של המדרונות לאופק. המדרון במעלה הזרם הופך שטוח יותר מהמדרון במורד הזרם.

נכון לעכשיו, שיטת ההידרומכניזציה נמצאת בשימוש נרחב בבניית סכרי עפר גדולים.

סכר ווילו קריק, אורגון, ארה"ב, סכר מסוג כבידה עשוי בטון

תכנית סכר בטון עיוור: 1 - ניקוז הסכר; 2 - גלריית צפייה; 3 - אספן; 4 - ניקוז הקרן

באיור נראה סכר בטון ריק עם פרופיל רגיל ועליו נתיב תנועה. לחיבור אמין יותר של הסכר עם האדמה והגדות, הבסיס של הסכר עשוי בצורה של כמה מדפים. שן בעומק של 0.05 - 1.0 Z ממוקמת בצד הלחץ.

כדי להילחם בסינון, מניחים וילונות נגד סינון מתחת לשן, שעבורם, דרך מערכת של חורים בקוטר של 5 - 15 ס"מ, מוזרקת תמיסת המלט לתוך סדקי הבסיס (אדמה).

למרות שגוף הסכר עשוי מבטון מוצק, מים תמיד מחלחלים דרכו. על מנת לנקז מים אלו במורד הזרם, מסודרת בסכר מערכת ניקוז המורכבת מבארות אנכיות - נקזים (בקוטר 20 - 30 ס"מ) הנעשים בגוף הסכר כל 1.5 - 3 מ'.

המים המתנקזים דרכם נכנסים לתוך הקובטות של גלריית התצפית 2, משם הם מובלים דרך קולטים אופקיים 3 אל הבריכה התחתונה. גלריית התצפית, העוברת בגוף הסכר לכל אורכו, נועדה לנטר את מצב סינון הבטון והמים.

מבני אספקת מים נגזרים מיושמים לרוב בצורה של ערוץ פתוח. בקרקעות רכות, קטע התעלה הוא בדרך כלל טרפז. הקירות ותחתית התעלה מצופים בבטון או אספלט להפחתת הסינון, מניעת שחיקה, הפחתת חספוס ואיבודי לחץ נלווים. נעשה שימוש גם בחיפוי מרוצף אבן.

תעלות הטיה בקרקעות סלעיות הן בעלות חתך מלבני, אם לא ניתן לבצע תעלה פתוחה, נעשה שימוש בשקעים בחתך מלבני או עגול. מים מתעלת ההטיה לטורבינות מוזנים בצנרת. מתכת, בטון מזוין ועץ.