укажите какой вид преобразования энергии происходит в гидротурбине
Укажите какой вид преобразования энергии происходит в гидротурбине
На каком эффекте связанном с кинетической энергией основана работа гидроэлектростанции?
Прочитайте текст и выполните задания 14 и 15.
Люди очень давно научились использовать энергию воды для того, чтобы вращать рабочие колеса мельниц, станков, пилорам. Но постепенно доля гидроэнергии в общем количестве энергии, используемой человеком, уменьшилась. Это связано с ограниченной возможностью передачи энергии воды на большие расстояния. С появлением электрической турбины, приводимой в движение водой, у гидроэнергетики появились новые перспективы.
Гидроэлектростанция представляет собой комплекс различных сооружений и оборудования, использование которых позволяет преобразовывать энергию воды в электроэнергию. Гидротехнические сооружения обеспечивают необходимую концентрацию потока воды, а дальнейшие процессы производятся при помощи соответствующего оборудования.
Гидроэлектростанции возводятся на реках, сооружая плотины и водохранилища. Большое значение для эффективности работы станции имеет выбор места. Необходимо наличие двух факторов: гарантированная обеспеченность водой в течение всего года и как можно больший уклон реки. Гидроэлектростанции разделяются на плотинные (необходимый уровень реки обеспечивается за счёт строительства плотины) и деривационные (производится отвод воды из речного русла к месту с большой разностью уровней).
Отличаться может и расположение сооружений станции. Например, здание станции может входить в состав водонапорных сооружений (так называемые русловые станции) или располагаться за плотиной (приплотинные станции).
Гидроэлектростанция (ГЭС) — электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.
Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству каньонообразные виды рельефа.
Работа гидроэлектростанций основана на использовании кинетической энергии падающей воды. Для преобразования этой энергии применяются турбина и генератор. Сначала эти устройства вырабатывают механическую энергию, а затем уже электроэнергию. Турбины и генераторы могут устанавливаться непосредственно в дамбе или возле неё. В некоторых случаях используется трубопровод, посредством которого вода, находящаяся под давлением, подводится ниже уровня дамбы или к водозаборному узлу ГЭС.
Индикаторами мощности гидроэлектростанций являются две переменные: расход воды, который измеряется в кубических метрах и гидростатический напор. Последний показатель представляет собой разность высот между начальной и конечной точкой падения воды. Проект станции может основываться на каком-то одном из этих показателей или на обоих.
Современные технологии производства гидроэлектроэнергии позволяют получать довольно высокий КПД. Иногда он в два раза превышает аналогичные показатели обычных теплоэлектростанций. Во многом такая эффективность обеспечивается особенностями оборудования гидроэлектростанций. Оно очень надёжно, да и пользоваться им просто.
Кроме того, всё используемое оборудование обладает ещё одним важным преимуществом. Это длительный срок службы, что объясняется отсутствием теплоты в процессе производства. И действительно часто менять оборудование не нужно, поломки случаются крайне редко. Минимальный срок службы электростанций – около пятидесяти лет. А на просторах бывшего Советского Союза успешно функционируют станции, построенные в двадцатых или тридцатых годах прошлого века. Управление гидроэлектростанциями осуществляется через центральный узел, и вследствие этого в большинстве случаев там работает небольшой персонал.
Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.
Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие концентрации реки в определенном месте, или деривацией — естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.
Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располагается все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию. Есть еще всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля над работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.
Гидротурбина (ГТ)
Ротационный двигатель, преобразующий механическую энергию воды
По принципу действия ГТ делятся на:
Основным рабочим органом ГТ, в котором происходит преобразование энергии, является рабочее колесо.
В активной ГТ вода перед рабочим колесом и за ним имеет давление, равное атмосферному.
В реактивной ГТ давление воды перед рабочим колесом больше атмосферного, а за ним может быть как больше, так и меньше атмосферного давления.
В современной ГТ полный КПД равен 0,85-0,92; у лучших образцов ГТ он достигает 0,94-0,95.
Часть мощности, полученная колесом, расходуется на преодоление механических сопротивлений, эти потери учитываются механический КПД гидротурбин h0.
Утечка воды в обход рабочего колеса учитывается объёмным КПД гидротурбины.
Геометрические размеры ГТ характеризуются номинальным диаметром Д, рабочего колеса.
ГТ разных размеров образуют турбинную серию, если обладают однотипными рабочими колесами и геометрическими подобными элементами проточной части.
Определив необходимые параметры одной из ГТ данной серии, можно подсчитать, пользуясь формулами подобия, те же параметры для любой гидравлической турбины этой серии.
Каждую турбинную серию характеризует коэффициент быстроходности, численно равный частоте вращения вала ГТ, развивающей при напоре 1 м мощность 0,7355 квт (1 лс).
Чем больше этот коэффициент, тем больше частота вращения вала при заданных напоре и мощности.
ГТ и электрический генератор обходятся дешевле при увеличении частоты их вращения, поэтому стремятся строить ГТ с возможно большим коэффициентом быстроходности.
Однако в реактивных ГТ этому препятствует явление кавитации, вызывающее вибрацию агрегата, снижение КПД и разрушение материала ГТ.
Графики, выражающие зависимости величин, характеризующих ГТ, называются турбинными характеристиками.
Универсальные характеристики строятся на основании лабораторных исследований модели, проточная часть которой геометрически подобна натурной.
На универсальных характеристиках, исходя из условий моделирования, в координатах приведенных величин расхода Q’1 л/сек и частоты вращения h’1 об/мин (характерных для ГТ данной серии диаметром рабочего колеса 1 м, работающих при напоре 1 м) наносятся изолинии равных КПД h%, коэффициент кавитации s и открытия направляющего аппарата a0.
Эксплуатационные характеристики строятся на основании универсальных и показывают зависимость КПД натурной турбины h% от нагрузки N Мвм и напора Нм при номинальной частоте вращения турбины n = const.
Здесь же обычно наносят линию ограничения мощности, выражающую зависимость гарантированной мощности от напора.
На этих же характеристиках изображают линии равных допустимых высот отсасывания HS м, показывающих заглубление рабочего колеса ГТ под уровень воды в нижнем бьефе (разность отметок расположения рабочего колеса и уровня нижнего бьефа).
Проточная часть реактивных ГТ состоит из следующих основных элементов:
спиральной камеры гидротурбины;
направляющего аппарата, регулирующего расход воды;
отсасывающей трубы, отводящей воду от ГТ.
Реактивные ГТ по направлению потока в рабочем колесе делятся на:
Гидравлические турбины. Гидравлической турбиной называется устройство, преобразующее энергию движущейся воды в механическую энергию вращения его рабочего колеса.
Гидравлической турбиной называется устройство, преобразующее энергию движущейся воды в механическую энергию вращения его рабочего колеса.
Из основного закона механики жидкости — закона Бернулли — следует, что удельная энергия Н1 на входе в рабочее колесо гидротурбины составляет
(7.7)
а на выходе из рабочего колеса 
(7.8)
где p — давление, Па; q — плотность жидкости, кг/м 3 ; g — ускорение свободного падения, м/с 2 ; z — отметка уровня центра потока относительно принятой плоскости сравнения (высота), м; v — скорость, м/с.
Значения H, в м или Дж/Н.
Отданная водой рабочему колесу энергия будет равна разности энергий в потоке до рабочего колеса и после него:
. (7.9)
Гидротурбины, использующие хотя бы частично потенциальную энергию, называются реактивными.
В таких гидротурбинах процесс преобразования энергии на рабочем колесе происходит с избытком давления. Кроме того, в рабочем колесе турбины частично используется и кинетическая энергия потока.
Если гидротурбины используют только кинетическую энергию потока, то они называются активными. В таких турбинах Z1 = Z2, P1 = Р2, т. е. вода поступает на рабочее колесо без избыточного давления, а почти весь напор преобразуется в скорость.
Мощность гидротурбины согласно ранее приведенному уравнению может быть выражена так:
Из этой формулы следует, одну и ту же мощность от нескольких сотен киловатт до нескольких сотен мегаватт можно получить при малом QT и большом Hт и наоборот.
В практике принято гидротурбины подразделять на классы, системы, типы и серии.
Класс реактивных гидротурбин объединяет следующие системы: осевые (пропеллерные и поворотно-лопастные), диагональные и радиально-осевые гидротурбины.
В классе активных гидротурбин наибольшее распространение получили, так называемые, ковшовые гидротурбины.
Каждая система содержит несколько типов, имеющих геометрически подобные проточные части и одинаковую быстроходность (частота вращения турбины, работающей под напором 1 м и развивающей мощность в 1 л. с), но различающихся по размерам. Геометрически подобные гидротурбины различных размеров образуют серию.
Кроме того, все гидротурбины условно делят на низко-, средне- и высоконапорные.
Гидротурбины условно подразделяют на малые, средние и крупные.
К малым относятся гидротурбины, у которых мощность составляет не более 1000 кВт.
К средним относятся гидротурбины мощностью от 1000 кВт до 15 000 кВт.
К крупным относятся гидротурбины, которые имеют мощность большую, чем средние.
Активные гидротурбины. Наиболее распространенными активными гидротурбинами являются ковшовые (за рубежом их называют турбинами Пельтона). Принципиальная схема ковшовой турбины приведена на рисунке. 7.4. Вода из верхнего бьефа 1 подводится трубопроводом 2 к рабочему колесу 4, выполненному в виде диска, закрепленного на горизонтальном валу турбины и вращающегося в воздухе. По окружности диска расположены ковшеобразные лопасти (ковши) 7. Ковши равномерно распределяются по ободу рабочего колеса и последовательно, один »а другим, при его вращении «принимают» струю воды.
Подвод воды к рабочему колесу осуществляется через сопло 3, внутри которого расположена регулирующая игла. Сопло представляет собой сходящийся насадок, из отверстия которого при работе турбины выбрасывается струя воды, вся энергия которой, за вычетом потерь, обращается в кинетическую энергию вращения колеса турбины. Рабочее колесо и сопло размещаются внутри замкнутого кожуха 5.
Игла может перемещаться в насадке в продольном направлении, менять его выходное сечение и тем самым регулировать расход воды через турбину.
В одном из крайних положений игла полностью закрывает сопло, что ведет к остановке турбины. Вода, отдав свою энергию рабочему колесу, стекает с него в отводящий канал (нижний бьеф).
Конструктивные формы ковшовых турбин весьма разнообразны, они могут различаться по расположению вала (вертикальные и горизонтальные), по числу сопел и рабочих колес на одном валу.
Класс реактивные гидротурбины. К реактивным гидротурбинам относятся: радиально-осевые, пропеллерные, поворотно-лопастные и диагональные. Общий вид рабочих колес представлен на рисунок 7.5.
Для реактивных гидротурбин характерны следующие основные признаки. Рабочее колесо располагается полностью в воде, поэтому поток передает энергию одновременно всем лопастям рабочего колеса.
Перед рабочим колесом только часть энергии воды находится в кинетической форме, остальная представлена потенциальной энергией, соответствующей разности давлений до и после колеса.
Избыточное давление p/(Qg) по мере протекания воды по проточному тракту рабочего колеса расходуется на увеличение относительной скорости, т.е. на создание реактивного давления потока на лопасти. Изменение направления потока за счет кривизны лопастей приводит к возникновению активного давления потока.
Всё об энергетике
Гидротурбины. Классы, системы, типы. Особенности
Классификация гидротурбин
Классы турбин различают по тому, какие из слагаемых энергии потока воды используется в турбине.Системы турбин отличаются формой и направлением потока через турбину, а также особенностями её проточной части.Тип турбины определяет её конечный размер и форму элементов проточной части в пределах системы.
В зависимости от того, какие части энергии потока воды используется в турбине выделяют два класса:
Активные турбины используют только кинетическую энергию потока воды, а их рабочие органы находятся в воздухе, при атмосферном давлении. Из-за этого давление воды на входе в рабочее колесо и на выходе из него одинаково и равно атмосферному. Реактивные турбины используют кинетическую энергию потока воды вместе с потенциальной (энергией давления), поэтому давление на входе в рабочее колесо и выходе из него не равно. Само рабочее колесо реактивной турбины погружено под воду [1, c. 22,23]. Каждый из приведенных классов делится на системы.
Активные гидротурбины
Класс активных турбин делится на:
Наклонно-струйные гидротурбины отличаются от ковшовых тем что струя к рабочему колесу подводится не под прямым углом. Из этого также есть некоторые изменения в геометрии ковшов.
Турбины двойного действия или двукратные характеризуется тем что поток воды проходит через рабочее колесо дважды.
В кольцеструйных турбинах поток воды подводится к рабочему колесу по всему его периметру в виде кольцевой струи.
Реактивные гидротурбины
Класс реактивных турбин делится на следующие системы:
Диагональные турбины, а точнее поворотно-лопастные диагональные (ПЛД) имеют конструкцию схожую с осевыми поворотно-лопастными турбинами. Основное отличие состоит в том, что поток воды проходит через рабочее колесо по конической поверхности или, проще говоря, по диагонали. Такая особенность конструкции диагональных турбин позволяет применять их при более высоких напорах (от 50 до 170 м), чем осевые турбины.
Гидротурбина
Полезное
Смотреть что такое «Гидротурбина» в других словарях:
гидротурбина — гидротурбина … Орфографический словарь-справочник
ГИДРОТУРБИНА — то же, что гидравлическая турбина … Большой Энциклопедический словарь
гидротурбина — сущ., кол во синонимов: 1 • турбина (12) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
гидротурбина — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN hydrosetwater turbineturbine … Справочник технического переводчика
ГИДРОТУРБИНА — ГИДРОТУРБИНА … Большая политехническая энциклопедия
гидротурбина — ы; ж. Двигатель, преобразующий энергию движущейся воды в энергию вращающегося вала; гидравлическая турбина. * * * гидротурбина то же, что гидравлическая турбина. * * * ГИДРОТУРБИНА ГИДРОТУРБИНА, то же, что гидравлическая турбина (см.… … Энциклопедический словарь
гидротурбина — hidraulinė turbina statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. hydraulic turbine; water turbine vok. hydraulische Turbine, f; Wasserturbine, f rus. гидравлическая турбина, f; гидротурбина, f pranc. hydroturbine, f; turbine hydraulique, f… … Automatikos terminų žodynas
Гидротурбина — ж. Двигатель, преобразующий энергию движущейся воды в энергию вращающегося вала; гидравлическая турбина. Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой
гидротурбина — гидротурбина, гидротурбины, гидротурбины, гидротурбин, гидротурбине, гидротурбинам, гидротурбину, гидротурбины, гидротурбиной, гидротурбиною, гидротурбинами, гидротурбине, гидротурбинах (Источник: «Полная акцентуированная парадигма по А. А.… … Формы слов
гидротурбина — см. Гидравлическая турбина. Энциклопедия «Техника». М.: Росмэн. 2006 … Энциклопедия техники