Vodní turbíny a vodní díla

 

Otázka: Vodní turbíny a vodní díla

Předmět: Stavba a provoz strojů

Přidal(a): VojbenCZ

 

Vodní turbíny

• Rotační lopatkové stroje, v nichž se využívá energie vody. Voda mění svou potenciální energii na kinetickou, která se ze stroje odvádí jako kroutící moment.

 

Každá vodní turbína má:

• Rozváděcí zařízení – tvořené buď tryskami, nebo natáčivými rozváděcími lopatkami
• Oběžné kolo – s pevnými či natáčivými lopatkami

 

Vodní turbína může mít hřídel svislý či vodorovný

Podle průběhu tlaku v rozváděcím a oběžném kole může být vodní turbína:

• Rovnotlaková (akční) – před oběžným kolem i za ním je stejný tlak
• Přetlaková (reakční) – před oběžným kolem je vyšší tlak než za ním

 

Užitečný spád

• Rovnotlaková turbína
  • Měnná energie předaná oběžné lopatce: Y = 1/2*(c₁² – c₂²)
  • Neuvažujeme-li ztráty v přívodním potrubí, bude platit:
    • Y = g*H_už
    • ½*( c₁² – c₂²) = g*H_už → H_už = ( c₁² – c₂²)/(2*g)
  • Velikost užitečného spádu u rovnotlakové vodní turbíny závisí tedy na rozdílu vstupní energie a výstupní ztráty.
• Přetlaková turbína
  • Je nutno uvážit, že oběžné kolo pracuje s tlakovým rozdílem
  • Měrná energie oběžné lopatky
  • Y = g*H_už = (( c₁² – c₂²)/(2)) + (( p₁ – p₂)/ρ)
  • Velikost užitečného spádu u přetlakové vodní turbíny bude tedy záviset nejen na výstupní ztrátě, ale i na velikosti tlaku  na konci oběžné lopatky. Větší užitečný spád se získá snížením tlaku , což se v praxi provede připojením sací trubky.

 

Druhy turbín:

• Peltonova turbína
• Francisova turbína
• Kaplanova turbína
• Dériazova turbína

 

 

Peltonova turbína

• Rovnotlakový vodní motor. Voda proudí na oběžné lopatky tvaru dvojité misky z jedné či více trysek (1 až 6). Oběžné kolo se otáčí v prostoru s konstantním tlakem.
• Vhodné pro velké spády (typický vodní motor pro vysokotlaká vodní díla).
  Výkon je regulován průtokem vody dopadající na oběžné kolo. Průtok se mění posuvnou jehlou v ústí trysky.

 

Francisova turbína

• Je to univerzální turbína (pro nízko/středo/vysokotlaká vodní díla). Oběžné kolo má pevné lopatky tvarově složité. Geometrický tvar oběžného kola závisí na zákl. parametrech stroje (výkon, spád a provozní otáčky).
• Výkon turbíny je regulován změnou průtoku vody, který se řídí natáčivými rozváděcími lopatkami.
• Vysokotlakou Francisku je nutno zajistit proti tlakové vlně, ta vznikne při náhlém uzavření lopatek rozváděcího kola (náhlé odlehčení stroje).

 

Kaplanova turbína

• Patří mezi přetlakové vrtulové vodní motory. Rozváděcí i oběžné lopatky lze natáčet tak, že každé poloze rozváděcích lopatek odpovídá správná poloha nastavení oběžných lopatek vrtule. Lopatky oběžného kola jsou uloženy letmo.
• Rychloběžné Kaplanky mají pro potlačení kavitace oběžné kolo pod hladinou odpadního kanálu.
• Kaplanka musí být zabezpečena i proti nedovolenému zvýšení provozních otáček (přetočení stroje – velké odstředivé síly – nebezpečí utržení oběžné lopatky – vytržení čepu).

 

Dériazova turbína

• Je přetlakový vodní motor s diagonálním průtokem vody. Je v podstatě konstrukční variantou turbíny Kaplanovy. Je vhodná pro střední spády. Výhodou této turbíny je náboj velkého průměru, do něhož se lépe umístí větší počet oběžných natáčivých lopatek než u turbíny Kaplanovy.
• Regulace je podobná jako u Kaplanovy turbíny.

 

Vodní díla

• Hydrocentrála (hydroelektrárna) tvoří část vodního díla. Vodní dílo zahrnuje přívod vody kanálem, štolou nebo potrubím, zařízení na zvýšení hladiny, strojovnu, zařízení na čištění vody, potřebná uzavírací zařízení a odpadní kanál.

Podle spádu je dělíme na:

• Nízkotlaká (do spádu asi 15 m)
• Středotlaká (do spádu asi 60 m)
• Vysokotlaká (pro vyšší spády)

 

Nízkotlaké vodní dílo

Může být:

• derivační, které má strojovnu mimo vodní tok – v tzv. derivačním kanálu
• průtočné, kde strojovna je přímo ve vodním toku

 

Středotlaké vodní dílo

Je to akumulační nádrž s přehradní zdí. Voda se vede k turbínám kanálem (přivaděčem), který má dva uzávěry. První je přímo v ústí přivaděče v hrázi, druhý je před turbínou.

 

Vysokotlaké vodní dílo

Má přirozenou nebo umělou zásobní nádrž, položenou mnohem výš, než je strojovna. Z nádrže se přivádí voda k turbínám potrubím, které je uloženo na ocelobetonových blocích, buď v zemi, nebo častěji na povrchu.
Potrubí je vážně ohroženo při náhlém uzavření průtoku vody. Kinetická energie vody proudící potrubím se změní v tlakovou vlnu, která může způsobit roztržení dolní části přiváděcího potrubí. Toto lze ošetřit tzv. vyrovnávací nádrží (má volnou hladinu a tlaková vlna se v ní ztlumí). Opačným jevem je imploze potrubí, tj. zmáčknutí potrubí atmosférickým tlakem – nastane při rychlém otevření spodního uzávěru. Proti tomu je potrubí jištěno zavzdušňovacími ventily (při vzniku podtlaku vpustí do potrubí atmosférický vzduch).

 

Přečerpávací elektrárna

V noci odebírá elektřinu a přečerpává vodu ze spodní nádrže do horní. V době špiček, kdy je elektřiny nedostatek a dochází k přetěžování sítě, pracují jako špičkové energetické jednotky. Charakteristickým znakem přečerpávacích elektráren jsou dvě nádrže, mezi nimiž je umístěna strojovna.