Су электр станциясыдағы турбина типтері

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 21 бет
Таңдаулыға:

Кіріспе
Су электр станциясы - электр генераторын айналдыратын гидравикалық турбинамен су ағынының механикалық энергиясын электр энергиясына түрлендіретін электр станциясы. Қазақстандағы ең алғашқы СЭС 1902 жылы Зырян кенішін энергиямен қамтамасыз ету мақсатында Тұрғысын өзенінде салынды. Оның қуаты 1 мың кВт болды. 1927 жылы Жоғары Хариузовск СЭС-і (қуаты 3,2 мың кВт), 1934 жылы Үлбі СЭС-і (қуаты 27,6 мың кВт) салынды. Үлкен Алматы өзенінде 10 каскадтан тұратын СЭС (жалпы қуаты 47 мың кВт) 1959 жылы салынып бітті. Соңғы жылдары кешенді мақсатта пайдаланылатын бірнеше ірі су-энергетикалық тораптар іске қосылды: Ертіс өзенінде Өскемен СЭС-і (куаты 331,2 мың кВт) және Бұқтырма СЭС-і (қуаты 675 мың кВт), Іле өзенінде Қапшағай СЭС-і (қуаты 434 мың кВт) және т.б. Елімізде су-энергетика құрылыс объектілерінен басқа 200-ден астам шағын және орташа СЭС салынған. Қазақстандағы ірі СЭС-тердің барлығы энергия жүйесі құрамындағы жылу станцияларымен үйлестіріле пайдаланылады. Бұл жағдайда олардың жоғары дәрежедегі кешенді үнемділігі, пайдаланудағы сенімділігі артады. Сондықтан СЭС салу өзеннің ағын суын су көлігі, ирригация және сумен қамтамасыз ету және т.б. мақсаттарда кешенді пайдалануға мүмкіндік береді.
Соңғы жылдары кіші және орта кәсіпорындардың саны және электр жүктемесі өсіуіне байланысты, электрмен жабдықтаудың сенімділігіне қойылатын талаптардың деңгейі өсті. Осыған байланысты, қазіргі уақытта трансформаторлық қосалқы станциялардың көбісі қажетті электр қуатын өткізе алмайды және олардың беріп жатқан электр энергиясының сапасы заманның талабына сай емес.
Энергожүйенің проектін жасаудағы есебі болып, энергияны аз мөлшерде жұмсап, тұтынушыларды электр және жылу энергиясымен қажетті мөлшерде қамтамасыз ету үшін электр станцияларында және электр тораптарында керек жабдықтарды технико-экономикалық жағынан тиімді таңдап алу болып табылады.
Электр станциясында өндірілген электр энергиясы тұтынушыларға әуе желісі арқылы және қосалқы станциялар арқылы беріледі, олар станция генераторын және тұтынушыларды біртұтас біріктіріп, электр торабын түзетін-электрлік жүйені көрсетеді.
Электр станция деп - электр энергиясын өндіруге арналған кәсіпорын немесе қондырғы болып табылады. Сонымен қатар электр энергияны түрлендіруде және таратуда басты рольді электр тораптары мен жүйелері атқарады.
Қауіпсіздік техникасы -- еңбекті қорғаудың бір түрі; жұмыс атқарушыларға қауіпті өндірістік факторлардың әсер етуіне жол бермейтін ұйымдастырушылық және техникалық шаралар мен құралдардың жүйесі; еңбекті қорғау қағидаларының кұрамдас бөлігі.
Жұмыскерлердің денсаулығы мен өміріне қауіп төндіретін өндіріс жағдайларының алдын алудың ұйымдастырушылық-техникалық шаралары мен құралдарының жүйесі.
Қауіпсіздік техникасы жөніндегі шаралардың жүзеге асырылуы, сондай-ақ қауіпсіздік техникасы техникалық құрамдарының жасалуы мен қолданылуы нормативтік-техникалық құжаттаманың -- стандарттардың, ережелердің, нормалардың, нұсқаулардың негізінде жүргізіледі

Су энергиясы.
Көптеген мыңжылдықтар, шын мәнінде, адамға ағымдағы суда жасалған энергия қызмет етеді. Оның жердегі қоры орасан зор. Кейбір ғалымдар планетаны жер емес, су деп атау дұрыс деп санайды, себебі планетаның бетінің төрттен үш бөлігі сумен жабылған. Энергияның үлкен аккумуляторы-әлемдік мұхит, оның көп бөлігін жұтып, күннен түсетін. Бұл жерде толқындар, құймалар мен құймалар пайда болады, мұхиттық ағыстар пайда болады. Теңіз мен мұхиттарда үлкен су алатын күшті өзендер туады. Энергия іздеуде адамзат оның осындай үлкен қорының жанынан өте алмады. Бұрын адамдар өзен энергиясын пайдалануды үйренді. Бірақ электрдің алтын ғасыры келгенде, су дөңгелегінің қайта жаңғыруы орын алды. Энергия өндіретін электр генераторларын айналдыру қажет болды, ал бұл суды сәтті жүргізе алды,оның көп ғасырлық тәжірибесі болды. Қазіргі заманғы гидроэнергетика 1891 жылы дүниеге келді деп санауға болады.
Гидроэлектростанциялардың артықшылығы айқын - тұрақты түрде табиғи энергияның жаңартылып отыратын қоры, пайдаланудың қарапайымдылығы, қоршаған ортаның ластануының болмауы. Су дөңгелектерін салу және пайдалану тәжірибесі де гидроэнергетиктерге үлкен көмек көрсете алатын еді. Алайда, ірі гидроэлектростанция бөгетін салу диірмен дөңгелегінің айналуына арналған шағын төсем салуға қарағанда күрделі міндет болды. Қуатты гидротурбинаны айналдыруға келтіру үшін бөгеттен үлкен су қорын жинау керек. Бөгет салу үшін үлкен Мысыр пирамидаларының көлемі онымен салыстырғанда мүлдем көрінбейді деген материалдардың санын салу қажет. Сондықтан XX ғасырдың басында бірнеше гидроэлектростанциялар салынды. Бірақ әзірге адамдарға жердің гидроэнергетикалық әлеуетінің аз ғана бөлігі қызмет етеді. Жыл сайын жаңбырдан және қар еруінен пайда болған үлкен су ағындары теңізге пайдаланылмай келеді. Егер бөгеттердің көмегімен оларды ұстап қалу мүмкін болса, адамзат қосымша үлкен энергия алады.

Су электр станциясы.
Су электр станциясы - электр генераторын айналдыратын гидравликалық турбинамен су ағынының механикалық энергиясын электр энергиясына түрлендіретін электр станциясы.
Қазақстандағы ең алғашқы СЭС 1902 жылы Зырян кенішін энергиямен қамтамасыз ету мақсатында Тұрғысын өзенінде салынды. Оның қуаты 1 мың кВт болды. 1927 жылы Жоғары Хариузовск СЭС-і (куаты 3,2 мың кВт), 1934 жылы Үлбі СЭС-і (қуаты 27,6 мың кВт) салынды. Үлкен Алматы өзенінде 10 каскадтан тұратын СЭС (жалпы қуаты 47 мың кВт) 1959 жылы салынып бітті. Соңғы жылдары кешенді мақсатта пайдаланылатын бірнеше ірі су энергетикалық тораптар іске қосылды: Ертіс өзенінде Өскемен СЭС-і (куаты 331,2 мың кВт) және Бұқтырма СЭС-і (қуаты 675 мың кВт),Іле өзенінде Қапшағай СЭС-і (қуаты 434 мың кВт) және т.б. Елімізде су энергетика құрылыс объектілерінен басқа 200-ден астам шағын және орташа СЭС салынған. Қазақстандағы ірі СЭС-тердің барлығы энергия жүйесін өз құрамындағы жылу станцияларымен үйлестіріле пайдаланылады. Бұл жағдайда олардың жоғары дәрежедегі кешенді үнемділігі, пайдаланудағы сенімділігі артады. Сондықтан СЭС салу өзеннің ағын суын су көлігі, ирригация және сумен қамтамасыз ету және т.б. мақсаттарда кешенді пайдалануға мүмкіндік береді.
ГЭС-тің жұмыс істеу принципі өте қарапайым. Гидротехникалық тізбек құрылыстарды қажетті су қысымын гидро-турбиналық қалақшаларына түсіріп, қолданыстағы генераторларға келіп электр энергиясын шығаруды қамтамасыз етеді. Қажетті су қысымы бөгет салу арқылы, және белгілі бір жерде өзеннің концентрациясы нәтижесінде, немесе деривациялы - табиғи су ағынымен. Кейбір жағдайларда қажетті су қысымын алу үшін бөгет және деривация бірге пайдаланылады. Су электр станциясының ғимаратында барлық энергетикалық жабдықтар орналасқан. Оның өзінің белгілі бір мақсатына байланысты бөлінеді. Машиналық залында су ағынының энергиясын тікелей электр энергиясына айналдыратын гидроагрегаттар орналасқан. ГЭС-тің жұмысын бақылауда басқару құрылғысы және әртүрлі қосымша құрал-жабдықтар, трансформаторлық станция, тарату құрылғылары және тағы басқалары бар.

Су электр станциясының артықшылығы.
Икемділігі. Су энергиясы электр энергия көзі ретінде икемді деп танылды өйткені су электр станциясы оңай және барынша жедел энергияның өзгермелі қажеттіліктеріне сай электр энергиясын арттыруға немесе баяулатып шығару мүмкіндігіне бейімделеді. Себебі турбина бірнеше минутта іске қосылады.
Электр энергиясына кеткен қаражаттың аз шығындары. Су электр станциясының басты артықшылығы жұмсалатын отынның болмауы мен жанармайдан толық тәуелсіздігі болып табылады. Барлық станциялар ұзақ жұмыс істеу мерзімімен ерекшеленеді, тіпті, бүгінде мұндай су электр станциялары салынғанына 100-ге жуық жыл болсада жұмысын тоқтатпаған, оның үстіне көп қызметкерлерді талап етпейді.
Өнеркәсіптік мақсаттарда пайдалану. Су электр станциясын тұрғындарды,зауыттарды электр энергиясымен қамтамасыз ету үшін қолданылады.
Көмірқышқыл газының төменгі шығарындылары. Су электр станциясы өздігінен көмір қышқыл газын шығару қабілеті жоқ, сондықтан ол көбінесе құрылыс жұмыстары барысында іске асырылуы мүмкін. Неміс ғалымы Пауль Шеррер зерттеу жұмыстарын өткізе отырып, гидроэнергетика ең төменгі көмірқышқыл газын шығару бойынша бірінші орында, одан кейін жел, ядролық энергетика және күн энергиясы тұрады деген тұжырымға келді.
Су қоймаларын жасаудың пайдасы. Салынған су қоймаларында су спорт түрлерімен айналасуға, ал кейбір келген қонақтарға қызықты уакыт өткізуіне өте тиімді, яғни, су қоймалары қоршаған табиғатқа әсем көрініс беріп, жаз кезінде суға шомылуға тиімді.
Су электр станцияларының кемшіліктері.
Экологияға зиян келтіруі. Су электр станцияларының жұмысы үшін үлкен резервуарлар талап етіледі, сол себептен үлкен көлемді жер алаңдарын, ағыс бойынша жоғары орналасқан бөгеттерді су басу қаупі, ормандардың,өрістердің, жойылуына себепкер болып табылады.
Лайлану. Су ағыны өзімен бірге әр түрлі бөлшектер мен қалдықтарыды әкеледі, олар бөгетке, сондай-ақ электр станциясының жұмысына зиян келтіреді. Мұндай шөгінділер резервуардың мөлшерін азайтуға және су тасқынын болдырмау қабілетін нашарлатады.
Метан шығарындылары. Тропикалық аймақтарда орналасқан су электр станциялары өсімдік шикізатының бөлінуінен үлкен көлемде метан бөлінеді. Сондықтан электр станциясы мен бөгетті салудан бұрын,алдымен жасанды су айдынының айналасында ормандарды тазалау қажет.
Қоныс аудару. Көптеген зерттеушілер гидроэлектр станциялары құрылысының айтарлықтай кемшілігіне болашақ су қоймасының ауданында тұратын халықтың қоныс аудару қажеттілігін жатқызады.
ГЭС-дағы турбина типтері.
Гидротурбиналар.
Гидротурбинада су ағынының энергиясы біліктің айналуының механикалық энергиясына айналады, одан механикалық энергия генератордың әсерінен электр энергиясына айналады. Гидротурбиналардың түрі ағын күшімен, энергетикалық және кавитациялық көрсеткіштермен, берілген қысым және жүктемелер диапазонына байланысты таңдалады.
Табиғи жағдайлардың алуан түрлілігі - ГЭС-дағы ағынның бірнеше метрден 1000 метрге дейін және одан да көп кең ауқымда өзгеруіне байланысты таңдалады және сол гидроагрегаттардың жеке қуаты 700 МВт және одан да жоғары болады
Турбиналардың типтері турбинада пайдаланылатын су ағынының қандай энергиясын пайдаланатынымен ажыратылады. Турбина жүйелері турбина арқылы ағынның нысанымен және бағытымен, сондай-ақ оның ағын бөлігінің ерекшеліктерімен айқындалады. Турбинаның түрі - оның соңғы өлшемін және жүйе шегінде ағын бөлігі элементтерінің нысанын анықтайды.
Турбина - су ағыны энергиясын пайдалануына байланысты, мынадай класстарға бөлінеді:
белсенді;
реактивті;
Белсенді турбиналар су ағынының кинетикалық энергиясын қолданады, ал олардың жұмыс органдары қалыпты атмосфералық қысымда ауада тұрады. Ал реактивті турбиналар кинетикалық энергиямен қатар ауа қысымының потенциалдық энергиясын бірге пайдаланады. Ал оның жұмыс дөңгелегі су астында болады.
Активті турбиналар 4-ке бөлінеді:
шөмішті турбина;
көлбеу ағысты турбина;
қос әрекетті турбина;
сақиналы турбина;
Шөмішті турбина. Шөмішті турбиналары өз конструкциясына байланысты осындай атауды алған. Жұмыс дөңгелегі шөміш тәрізді қалақтармен жабдықталған, оларға тікелей бұрышпен арнайы шүмектер арқылы су беріледі. Шөмішті турбиналар көлденең осьпен де, тігінен де орналасуы мүмкін. 300-ден 2000 м-ге дейін ағын кезінде қолданылады.

Көлбеу ағысты гидротурбиналар басқа шөміштерден ерекшелігі - жұмыс дөңгелегіне ағын тікелей бұрышпен жүргізілмейді. Сондықтан қалақшаларының құрылысында кейбір өзгерістер бар.
Қос әрекетті немесе екі есе әрекетті турбиналар су ағынының жұмыс дөңгелегі арқылы екі рет өтуімен сипатталады.
Сақиналы турбиналарда су ағыны жұмыс доңғалағына оның барлық периметрі бойынша сақиналы ағыс түрінде беріледі.
Реактивті турбиналар конструкциясына байланысты 3-ке бөлінеді:
осьтік;
диагональді бүралмалы-қалақшалы;
радиалдіы - осьтік;
Осьтік турбиналарда жұмыс дөңгелегі арқылы өтетін су ағыны өзінің бағытын өзгертпейді және турбина айналу осіне әрдайым параллельді. Бұл ретте ось тік және көлденең бағытталуы мүмкін.
Осьтік турбиналар қатты бекітілген қалақтар - пропеллерден (Пр), бұрылмалы қалақтар - бұрылмалы-қалақтан (БҚ), екі өлшемді және көлденең капсуладан (КК) жасалуы мүмкін. Турбинаны 80 м-ге дейінгі ағын кезінде қолданады.

Диагональді турбиналар, дәлірек айтқанда, диагональді бұрылмалы-қалақшалы турбиналар (ДБҚ) осьтік бұрылмалы-қалақты турбиналарға ұқсас конструкцияға ие. Негізгі айырмашылығы-су ағыны конус беті бойынша жұмыс дөңгелегі арқылы немесе қарапайым тілмен айтқанда диагональ бойынша өтеді. Диагональлді турбиналар конструкциясының мұндай ерекшелігі осьтік турбиналарға қарағанда жоғары арынмен (50-ден 170 м-ге дейін) қолдануға мүмкіндік береді.

Радиалды-осьтік турбиналар (РО) турбинаға түсетін су ағыны өзінің бағытын радиалыдан оське өзгертетіндігімен айырықшаланады. Радиалды-осьтік турбиналар тік осьпен де, көлденең осьпен де бұралып жасалынуы мүмкін. Олар ағынның кең ауқымы үшін қолданылады - 40-тан 600 м.

Шөмішті турбина.
Тарихы. Шөмішті турбиналар радиалды-осьті турбинадан кейінгі ең көне турбинаға жатқызуға болады. Бұл турбинаны ең алғаш 1870 жылы американдық инженер Аллан Пелтон жасап шыққан. Қазіргі таңда шөмішті турбиналар осы инженердің есімімен бүкіл әлемге әйгілі. Ең алғаш Пелтон турбинасы 1878 жылы шахтаның механизмі үшін орнатылған. Ал 1887 жылы осы турбинаға генератор жалғап - әлемдегі ең бірінші шөмішті турбиналы СЭС жасалынған. 1889 жылы Аллан Пелтон өз турбинасына патент алған.

Патенттен алынған турбинаның сұлбасы:

Шөмішті турбина - судың өте үлкен ағыны кезінде, яғни, ағын 300 м-ден 2000 метрге дейінгі аралықта қолданылатын активті гидравликалық турбина. Кейбір елдерде Пелтон турбинасы деп те атайды.
Шөмішті турбинаның қолдану сипаттамасы:
Көлденең орнатылуы кезінде 1-2 соплалы болып жасалады, ал тігінен орнатылғанда 1-6 соплалы бола алады.
Ағыны 300-1000 м аралығында;
Су көлемінің аз немесе өте үлкен ауытқуында қолданылады.
Сопланың диаметрі 32, 50, 63 және 80 мм.
Генератордың валымен жұмыс дөңгелегінің тікелей қосылуы.
Турбинаның ПӘК-нің жоғары болуы;
СЭС-сында деривациялық әдіспен жасалынуы.
Қазақстандағы шөмішті турбиналы СЭС-лары:
Жоғарғы Алматы СЭС. 1953 жылы Үлкен Алматы өзенінің бойында салынған. Қуаты - 15,6 МВт. Станция 3 гидроагрегаттан тұрады және су ағыны - 581 м.
№2 Алматы СЭС. 1959 жылы Үлкен Алматы өзенінің бойында салынған. Қуаты - 14,3 МВт. Станция 3 гидроагрегаттан тұрады және су ағыны - 516 м.
Мойнақ СЭС. 2011 жылы Шарын өзенінің бойында салынған. Қуаты - 300 МВт. Станция 2 гидроагрегаттан тұрады және су ағыны - 522 м.
Жұмыс істеу принципі.
Пелтон турбиналары өзінің құрылысы бойынша реактивті турбиналарға қарағанда үлкен өзгешелігі бар. Реактивті турбиналарда жұмыс дөңгелегі су ағынында болса, ал шөмішті турбиналарда су ожаудың ортасынан өтетін, шеңберге жанасып тұратын сопла арқылы беріледі.
Сопла:

Осы кезде су сопла арқылы өтіп ағынды тудырады. Ол ағын өте қатты жылдамдықпен турбинаның қалақшаларына соғылып, дөңгелекті айналдырады.
Жұмыс дөңгелегі:

Осы айналудың арқасында механикалық жұмыс пайда болады. Осы сәтте айналып тұрған дөңгелектің әрбір қалақшасына су кезек-кезекпен келіп түседі. Бұл процесс атмосфералық қысым кезінде жүреді және энергия ағынның кинетикалық энергиясынан алынады. Турбинаның қалақшасы қос жағынан иілген күйде болады және ортасында өткір жүзден тұрады. Бұл өткір жүздің басты қызметі - судың ағынын бөліп отыру және энергияның дұрыс бөлінуін қамтамасыз етіп, қалақшалардың беріктігін сақтайды.
Жүз:

Жұмыс дөңгелегінде 40 қалақшаға дейін болуы мүмкін. Жұмыс дөңгелегі қалақшаларымен бірігіп тігінен де және көлденеңінен де орнатуға болады. Әр форсунканың өткізу қабілеті шектеулі болғандықтан, валды көлденеңінен орнатқанда, әрбір жұмыс дөңгелегіне екі форсунка ғана орнатуға болады.
Шөмішті турбинаның конструктивті схемасы:

Шөмішті турбиналар судың ағыны 200 метрден көп болғанда және судың шығыны 100 м3с-қа дейін жеткенде қолданылады. Ең ірі шөмішті турбиналардың қуаты 200-250 МВт-қа дейін жетеді. Әдетте, шөмішті турбинасы бар су электр станциялары(СЭС) деривациялық әдіспен салынады. Өйткені, ағынның өте үлкен мөлшерін алу плотиналық әдіспен қиыншылықтарды көп тудырады. Әлемдегі ең ірі шөмішті СЭС Швейцариядағы Бъедрон СЭС салынған. Оның қуаты 449 МВт. Бұнымен қатар бұл СЭС әлемдегі ең биік су ағыны бар станция. Оның биіктігі - 1883 метр.

Бъедрон СЭС-ның турбинасы:

Трансформаторлық қосалқы станция.
Трансформаторлық қосалқы станция - ауылдың, қала типтес кенттердің, қалалардың өнеркәсіп нысандарының тұтынушыларын энергимен жабдықтау жүйелерінде, электр энергиясын таратуға және ауыспалы ток желісінде кернеуді өткізуге, өзгертуге (арттыруға және төмендетуге) нысандалған электр қондырғысы. Станция - күштік трансформаторлардан, тарату құрылғысынан, автоматты басқару мен қорғау құрылғысынан және де қосалқы ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.