06 - Vodní elektrárny

Vodní elektrárny

( Maturitní otázka č.6 )

• Jsou jedny z nejlevnějších a také nejvýhodnějších zařízení pro výrobu elektrické energie

• V provozu vyžadují jen minimální údržbu a málo pracovních sil na obsluhu

• Velmi často pracují automaticky nebo jsou ovládány na dálku

Vodní turbíny

• Vodní elektrárny využívají vodních turbín k přeměně energie

• Jsou to rotační lopatkové stroje, využívají energii vody, která mění svou potencionální energii na kinetickou, ta se odvádí z turbíny jako točivý moment na hřídeli

• Podle tlaku dělíme turbíny na:

1, Rovnotlaké ( před i za kolem je stejný tlak ) - Peltonova turbína

2, Přetlakové ( před oběžným kolem je tlak větší než za ním ) – Kaplanova turbína, Francisova turbína

• Vodní turbína se skládá z:

1, Rozváděcího zařízení ( tvořeno tryskami nebo natáčivými rozváděcími lopatkami )

2, Oběžného kola ( z pevnými nebo natáčivými lopatky )

Peltonova turbína

• Rovnotlaký vodní motor vhodný pro velké spády => vysokotlaké díla

• Oběžné kolo tvoří kotouč, na kterém jsou lopatky tvaru dvojité misky z jedné nebo více trysek ( 1 ÷ 6 )

• Oběžné kolo se otáčí v prostoru s konstantním tlakem

• Velký tlak vody působí na lopatky, je hnací silou ( tlaková energie ), která otáčí oběžným kolem turbíny

Francisova turbína

• Universální přetlaková turbína

• Oběžné kolo má pevné lopatky

• Rozváděcí ústrojí má natáčivé lopatky

• Maximální spád je 500 m

Kaplanova turbína

• Přetlaková turbína vhodná pro malé a střední spády

• Natáčejí se lopatky oběžného kola i rozváděcí ústrojí

• Maximální spád 75 m

Výkon turbíny

• Spočítá se jako součin hmotnostního průtoku s měrnou energií a účinností

Pe = Qm . Y . η = Qv . ς . g . Huž . η

[ Pe] = m3 . s-1 . kg . m-3 . m . s-2 . m = N . m . s-1 = W

Průběhy tlaku

Průběhy rychlostí

• Odvodíme z diagramu změny tlaku bernouliho rovnici ( ve tvaru výšek ) a odvodíme „ c “

h1 += h2 +

Huž = H -- hze – h =

• Bernouliho rovnice bez ztrát

m . g . h1 += m . g . h2 +

• Mezi průřezem přívodního potrubí a průřezem trysky platí rovnice kontinuity ze které odvodíme „ cp “

Sp . Cp = So . c

=

c > cp

Nakreslete schéma změny tlaku a rychlosti v závislosti na spádu turbíny. Z bernouliho rovnice odvoďte výpočet užitečného spádu pro rovnotlakou turbínu

Bernouliho rovnice pro průtok ideální tekutiny ve tvaru výšek

h1 += h2 +

Huž = H - Σhz - hze - h =

Σhz = ztráty třením pro přímé potrubí + ztráty vloženými odpory

Mezi průřezem přiváděcího potrubí a průřezem trysky platí rovnice kontinuity

Sp . cp = So . c

πdp2 . cp = πdo2 . c c = cp . (dp/do)2

1. 4

c > cp

Výkon turbíny

Pe = Qm . Y . η = Qv . ς . g . Huž . η

[ Pe] = m3 . s-1 . kg . m-3 . m . s-2 . m = N . m . s-1 = W