UNIVERZA V MARIBORU

PROJEKT HIDROELEKTRARNA Z FRANSISOVOM TURBINOM

pri predmetu HIDROENERGETSKI SISTEMI

Letnik študija: 2. UN

Študijsko leto: 2010 / 2011

Nosilec predmeta: prof. dr. Andrej PREDIN

Asistent: Matej GRABROVEC

IZDELAL: PREGLEDAL:

Študent: ................................................ Datum: ...............................................

Št.ind.: ................................................ Ocena: ...............................................

Datum: ................................................ Podpis: ...............................................

Prikaz tlorisa HE “Fala”, na sliki se da lepo zapornice (v centralnem delu slike).

Zapornice spuščajo vodo (reke Drave) v staro korito, tista voda ki jo mi uporabljamo pa gre po umetno narjenem

kanalu

Dandanes nam je vodna moč potrebna bolj kot kgajkoli prej. Potrebe po energijo so narasle, varčevanje z nafto in premogom je postalo naša drižbena dolžnost in nad vse je dobrodosla vsaka kilovatna ura, ki ne obremenjuje neobnovljivih virov enegije, Še bolj dobrodošla bo jutri, ko sosta premog in nafta še dražja, ko ju bo še manj in bodo tudi potrebe po energiji še večje. Ena sama nova mala hidroelektrarna za druzbeno energijo ne bi pomenila ničesar, če pa bi jih postavili več, bi bil njihov prispevek k lakšanju energijske krize pomemben. Koliko bi jih lahko postavili in koliko energije z njimi proizvedeli, še ne vemo, ker manjših vodnih tokov še nismo popisali, niti določili vseh krajev, ki bi bili primerni za nove elaktrarne. Vemo, da je še pred 40 leti obratovalo z vodnimi napravami na Slovenskem okrog 4 000 mlinov in žag. Pretežna večina teh že desetletja več ne obratuje, njiihovi jezovi propadajo ali pa jih v strahu pred rušilno močjo naraslih voda vzdružujejo vodne skupnosti, ne da bi za vložene stroške iz vode dobile eno samo kilovatno uro energije. Ob ocenitvi pogonske moči 5kW za vsak mlin ali žago, bi z obnovo negdanjih vodnih naprav in dopolnitvijo z generatorji, desegli skupno moč 20 000 kW. Lahko trdomo, de je možnost za postavljenje novih hidroelektran vsaj še petkrat toliko in da bi njihova skupna moč ob navedenih skromnih ocenitvah torej dosegla 120 000 kW. Če bi s to močjo obratovali vzporedno vezani na mrežo 3 000 ur letno, bi prodobljena energija nadomestila vsako leto 360 000 ton premoga.

Hidroelektrična energija: -Proizv. el. en. poteka v proizv. delu EES: HE, TE in njih podvrsta NE; deleži določajo

prispevke pri pokrivanju potreb po el. en.; liberalizacija el-eng. sektorja z uvedbo prostega

tržišča;

-SLO: 30%HE; 20% NEK; 50% TE;

-velik delež HE: posvečanje pozornosti proučevanju voda; prednosti 8tehnične, okoljske,...)

pa pospešeno izrabo vseh obnovljivih virov (he, vetrna, geotermalna, biomasa, ..);

-Za proiz. HE je značilna naključna pogojenost hidroloških razmer; zato verjetnostni pristopi

pri analizi in naslonitev na dolgoletne čas. serije pretokov;

-v SLO HE predstavlja pomemben delež pri pokrivanju potreb z el.en. – 30%; od tega

pretežno v velikih HE: Drava, Sava, Soča; pospešeno se povečuje delež iz malih HE –

dosegamo že 10% celotne HE proizvodnje;

-bruto in neto vodne sile, kjer je hidro-eng. potencial delo, ki ga opravi vodna masa (V-m3),

če izgubi potencialno razliko (H-m) – H-Q diagram!

-ločimo bruto mo; Pb=9,81*Q*Hb [kW] in neto moči: za prijezovne HE: Pn=8*Q*Hb [kW]

in derivacijske HE: Pn=7,5*Q*Hb [kW] - manj zaradi večjih izgub v dovodnih poteh;

Potencijal padavin:

- Proučavanje hidroeneg. Je potrebno začeti pri potencijalu padavin-hidrometerološke

postaje med drugim merijo tudi količino padavin na področju-del padavin preide v reke. Upoštevajo koeficijent odtoka (odvisen od zemljišča, kulture, konfig. Tal,..., med 0,9 in 0,3), merjenje pretoka v rekah

- Proučavanje hidropotencijala temelji na določanju bruto moči s pomočjo H-Q diagrama:

6

2 131.56 10

367

siQ H HWb kW

- Pri hidroloških zakonitostih se uporabljajo kronološki potatki o pretokih iz katerih dobimo urejene krivulje trajanja pretokov, iz tega lahko določimo

0,95 0,8 0,5 0,2 0,05 0,001, , , , , ,srQ Q Q Q Q Q Q -tisočletna voda, extrapolacija.

- Katastrofalne vode se pomembne za dimenzioniranje organov za evakuavijo

- srQ -srednji pretok prek celotnega obdobja/leta

- 0,05Q - npr. Samo 5% verjetnosti, da bo pretok tak ali večji v tem času

- HE potencijal v SLO: - teoretični; da bi vse vode izkoristili (12500HWh/leto) - tehnično možno izkoristiti: 9100 GWh/leto

- ekonomsko: 7000-8000 GWh/leto, vsi paramatri so zelo

fleksibilni in odvisni od trenutnih ekonomskih pogledov.

- Slovenske celoletne potrebe so 11 000 GWh/leto, naše HE pa proizvajajo 3 000 GWh/leto,

torej izkoriščamo samo ¼ teoretičnega potencijala- zato gradimo i savsko verigo.

Električna energija:

Električno energijo proizvajamo in prenašamo sorazmerno enostavno, zato je lahko na voljo

praktično povsod. Električno energijo lahko relativno enostavno spreminjamo v toplotno,

svetlobno, mehansko in kemično ter obratno. Spreminjanje električne energije v energije

drugih oblik ne onesnažuje okolja.

Zaradi navedenega in še veliko drugih ugodnih lastnosti je električna energija najuporabnejša

oblika energije za delovanje strojev in naprav, kakor tudi za prenos informacij.

Proizvodnja električne energije v hidroelektrarnah:

Električno energijo proizvajamo tako, da pretvarjamo druge vrste energije v električno in sicer

tako, da se mehanska energija pretvarja v električno. Tako danes poteka proizvodnja večine

električne energije. Električni generator, ki ga poganja turbina, po principu elektromagnetne

indukcije proizvaja električno energijo in tako pretvarja različne vrste primarne energije v

mehansko.

Vrste hidroelektrarn:

Glede na značilnost vodotoka, na katerem gradimo elektrarne, ločimo:

akumulacijske (velik padec in manjše količine vode)

pretočne (manjši padec in večji pretoki)

kanalske (pretočne elektrarne)

Vrste vodnih turbin:

Francisove turbine (srednji padci)

Peltonove turbine (visoki padci in manjši pretoki)

Kaplanove turbine (nizki padci in večji pretoki)

Banki turbine

Cevne turbine

Glede na lastnosti posameznih tipov vodnih turbin jih delimo na:

NACIN PRETVARJANJA VODNE ENERGIJE:

AKCIJSKE ali ENOTLACNE (pelton, michell-banki,turgo, quasiturbine..),

REAKCIJSKE ali NADTLACNE (francis, kaplan,propeller, bulb, tyson..).

Pri akcijskih vodnih turbinah se vsa kineticna energija spremeni v potencialno energijo

v vodniku, pri nadtlacnih oz. reakcijskih pa se en del te energije spremeni šele na

gonilniku. Vodne turbine locimo tudi glede na smer pretoka vode:

RADIALNE (francisova),

AKSIALNE (kaplanova),

DIAGONALNE,

TAGENCIALNE (peltonova).

Locimo pa jih tudi glede na lego osi vodne turbine:

VERTIKALNE,

HORIZONTALNE,

POŠEVNE.

Vodne turbine so pogonski stroji, ki pretvarjajo potencialno in kineticno energijo vode v

mehansko energijo (delo).

Tekoca voda odda del svoje energije vodnemu kolesu. Vodna kolesa so poznali že v

starem veku. Tudi vodne turbine v hidroelektrarnah so vodna kolesa, le da so velike

jeklene mojstrovine, te pa v primerjavi z vodnim kolesom vodi odvzemajo do 85%

energije. Izdelanih je bilo že kar nekaj tipov vodnih turbin, vendar so se nekako najbolj

uveljavile Peltonova, Francisova ter Kaplanova vodna turbina. Vgrajevanje teh turbin v

hidroelektrarne pa je odvisno predvsem od padca ter pretoka vode.

Najvažnejša sestavna dela vsake turbine sta gonilnik in okrov. Gonilnik je vodno kolo,

pogosto ga imenujemo tudi rotor, sestavljen pa je iz lopatic, ki sprejemajo energijo vode

in jo pretvarjajo v mehansko energijo. Mehanska energija se prenaša na gred gonilnika.

Drugi pomemben del turbine imenujemo okrov, pogosto tudi »stator«, njegova funkcija pa

je, da obdaja ter nosi vse dele v turbini.

Voda je najpomembnejši obnovljivi vir energije in kar 21,6 % vse električne energije na

svetu je proizvedeno z izkoriščanjem energije vode oziroma hidroenergije. Pretvorba

hidroenergije v električno energijo poteka v hidroelektrarnah. Z izjemo starih mlinov, ki

jih poganja teža vode, izkoriščajo moderne hidroelektrarne kinetično energijo vode, ki jo

le ta pridobi s padcem. Količina pridobljene energije je odvisna tako od količine vode kot

od višinske razlike vodnega padca.

Glede na to razlikujemo različne tipe hidroelektrarn:

• pretočne elektrarne: V delujočih hidroelektrarnah spreminjajo potencialno energijo

zajezene vode iz rek ali rezervoarjev v kinetično energijo. Količina proizvedene

električne energije je odvisna od hitrosti vrtenja generatorja. Hitrost, s katero lahko

turbina poganja generator, pa je odvisna od tega, s kolikšnim tlakom voda potiska

lopatice turbine. Čim večji je tlak vode, tem hitreje se turbina vrti. Z globino pa

narašča tudi vodi tlak Pri gradnji hidroelektrarne običajno zgradijo jez, ki zapira

dolino, po kateri teče reka. Za jezom se voda nabira v globokem jezeru, ki služi za

akumulacijo vode. Če je vode za jezom preveč, je lahko nekaj spustijo skozi stranske

zapornice. Voda na dnu jezera je pod velikim tlakom zaradi teže vse vode nad njo.

Pretočne hidroelektrarne izkoriščajo veliko količino vode, ki ima relativno majhen

padec. Reko se zajezi, ne ustvarja pa se zaloge vode. Slabost teh hidroelektrarn je, da

sta proizvedena energija in oddana moč odvisni od pretoka, ki pa skozi leto niha.

Pretočna elektrarna lahko stoji samostojno ali pa v verigi več elektrarn.

• akumulacijske elektrarne, izkoriščajo manjše količine vode, ki pa ima velik višinski

padec. Pri teh elektrarnah akumuliramo vodo z nasipi ali pa s poplavitvijo dolin in

sotesk. Vodo shranimo zato, da imamo določen pretok, tudi ko je vode manj. Te

elektrarne so večnamenske, saj velikokrat služijo tudi oskrbi z vodo, namakanju itd.

• pretočno-akumulacijske elektrarne. so kombinacija zgoraj omenjenih. Gradijo se v

verigi, v kateri ima le prva elektrarna akumulacijsko jezero. Te elektrarne zbirajo vodo

navadno krajši čas, medtem ko zbirajo akumulacijske elektrarne vodo daljše obdobje.

Kateri način izrabe hidropotenciala je pravi, je odvisno od več dejavnikov, predvsem

lastnosti vodotoka. Najpomembnejša sta dva:

Pretok:

Razumnjivo je, da je moč vode tem večja, čim večji je njen pretok, to je, čim več

prostorninskih enot vode steča v časovni enoti akozi neki presek vodnega toka.Pretok

je drugi dejavnik vodne moči. V računskih obrazcih ga označujemo s Q in izražamo v

kubičnih metrih na sekundo (m3/s). Naši potoki in reke črez keto močno spreminjajo

svojo vodatost. Pomladi in jesen, ko imamo obilno padavin, so vode visoke, poleti in

pozimi nizke. Pravimom da med letom nase vode spreminjajo svoj pretok.

Spreminjajo ga v zelo širokih mejah. Ko reka naraste, ima do 50-krat večji pretok kot

ob suši. To razmerje je odvisno predvsem od suhega ali mokrega leta in včasih močno

presega navedeno vrednost.

Pri francisovih turbini, npr. Ki še zadovoljivo obratuje pri 40 % svoje največje

požiralne zmogljivosti, sme le-ta znašati 1/0,4=2,5-krat toliko, kot meri najmanjši

dotok vode. Če smo npr. ugotovili, da ima potok najmanjši pretok 0,10 m3/s, bo za

majhno hidroelektrarno ustrezala francisova turbina največje požiralnosti 0,25 m3/s.

Ko bi imel potok več vode, se bo la-ta morala prelivati preko jezu, ker skozi turbino ne

bo mogla. Če bi v tem primeru izbrali večjo turbino, bi ob nizki vodi stala. S turbino

torej ne bi migli obratovati vse leto. Nadvse je torej pomembno, da izberemo

najmanjši pretok.

Moč vode:

Z znanima dejavnikoma moči, to je neto padcem in pretokom, zelo enostavno

izračunamo moč vode po obrazcu:

(1/3) 9,81VP Q H VP - moč vode, izražena v kilovatih (kW)

Q - pretok v kubičnih metrih na sekundo (m3/s)

H - neto padec v metrih (m)

Enadžba pravi da moč vodnega toka izračunamo tako da pretok v m3/s pomnožimo z

neto padcem v m in dobljeni zmnožek pomnožimo se z 9.81.

Moč in izkoristek agregata:

Nami je pre izgradnji elektrarna bolj od same moči vode pomombno kolikšen del moči

vode bo moguče spremeniti v elektricno moč. Do elektricne moči pridemo posredno

preko mehanske moči: Turbina spreminja moč vode v mahansko moč, generator s

pomočjo mehanske moči razvija električno moč. V tem postopku se nekaj moči izgubi.

Njaprej imamo izgube moči v turbine, kern am nekaj vode iude skozi šreanje med

gonilnikom in morojočimi deli, ne sa bi oddali mič turbine; poleg tega se del vode

izgublja za premagovanje trenja, ki se upira njenemu pretoku skozi turbine, in treba je

premagovati tudi tretnje vrteče se gredi v ležajih. Strokovnjaki govorijo o izkoristku

turbine, to je število, ki je najmanjše kot enota in pove, kolikšen del moči vode

spreminja turbine v mahansko moč. Izkoristek turbine označujemo z grško črko eta

(η), ki ji dodamo indeks >>t<<. Ta nas opazarja, da gre za izkoristek turbine; ηt.

Njegova vrednost se pri polni obremenitvi malih vodnih turbin giblje v mejah:

(1/4) t 0,76 do 0,84

ker je odvisno od vrste, velikosti in skrbnosti izdelave turbine.

Moč izgubljamo tudi v generatorju, v glavnem zaradi nezaželenega gretja njegovih

navitij in premagovanja trenja v ležajih. Tudi generator ima svoj izkoristek.

Označujemo ga z ηg. Za naše potrebe predpostavimo njegovu v rednost z

(1/5) 0,80g

Ta vrednost pravi, da generato 80 % pogonske mehanske miči spreminja v električno

moč.

Vodna turbine in nanjo priključeni generator imenujemo z eno besedo agregat. Ker

ima turbine svoj izkoristek in prav tako tudi generator, ima svoj izkoristek tudi

agregat. Izkoristek agregata označujemo z ηa. Njegovo vrednost dobimo, če izkoristek

turbine pomnožimo z izkoristkom generatorja

(1/6) a t g

Z vrednostjo izkoristka agregata pomnožimo moč vode in dobimo moč na sponkah

generatorja. Izračunamo jo torej po enedžbi:

(1/7) a v aP P

ki dobi ob upoštevanju enadzbe 9,81VP Q H obliko:

(1/8) 9,81a aP Q H

Ob predpostavki srednje vrednosti v izrazu (1/4) ηt=0,8 in vrednosti ηg=0,80 (1/5),

znaša po enedzbi (1/6) izkoristek generatorja:

(1/9) 0,80 0,80 0,64a

kar daje po enadzbi (1/8) moč na sponkah generatorja:

9,81 0,64aP Q H

(1/10) 6,27aP Q H

Enadzba (1/10) nam pravi da smemo ob znanem neto padcu H (m) in znanem nejvečjem

možnem pretoku skozi turbino Q (m3/s) pričakovati na sponkah generatorja največjo moč aP

(kW), ki je enaka zmnošku pretoka in padca, pomnoženim s 6,27.

Z prilozenimi enadzbami lahko zracunamo moč našega generatorja:

Računski primer: Knjiga prvi in drugi del: str 11

Kolokšno največjo moč dobimo na spomkah generatorja, ki ga poganja turbine z največjim

pretokom 450 litrov na sekundo na neto padcu 6m in 40 cm.

Znamo: Q=0,450 m3/s

H=6,4 m

Vprašanje: Pa=?

Račun: 6,27aP Q H

Odgovor: Na sponkah generatorja lahko dobimo najvec ??? kW.

Prpracun na drugi način:

Moč vode (1/3): 9,81VP Q H

Moč turbine ob pretpostavljenem iskoristku ηt=0,75:

t v tP P

Moč na sponkah generatorja ob pretpostavki ηg=0,75:

g t gP P

Moč na sponkah generatorja je enaka moči agregata:

a gP P

Merjenje bruto padca:

Izmerjeni bruto padec se pravi, ugotoviti višinsko razliko med zgornjo in spodnjo vodno

globino na odseku vodnega toka, ki ga želimo energetsko izkoriščati. Moramo se torej najprej

odločiti, kje bomo odvzeli vodo naravni strugi in kje jo bomo vrnili vanjo.

• Hitrost vode na globini toka izračunamo po enedzbi:

gv -izmerjena hitrost vode na globini v metrih na sekundo(m/s),

g

Lv

t L - dolžina merilnega odseka v metrih (m),

t -čas v sekundah (s).

Treba upoštevati, da ima voda na različnih mestih preseka različne hitrosti: ob dnu in ob

stenah kanala oz. brežinah struge so hitrosti manjše kot v sredini preseka. Zaradi tega je

izmerjena hitrost na gladini večja kot srednja hitrost. Pretok smemo zato računati le s srednjo

hitrostjo, ki znaša:

v -srednja hitrost vode v metrih na sekundo (m/s),

gv k v

k - koeficijent z vrednostjo 0,89 do 0,56,

gv -izmerjena hitrost vode na globini v metrih na sekundo (m/s).

Srednjo hitrost torej dobimo, da izmerjeno hitrost na blobini gv pomnožimo s koeficijentom,

katerega vrednost se giblje med 0,89 in 0,56. Koeficijent ima največjo vrednost pri globini

vode, ki je priblizno enaka polovici širine vodnega toka in pri gladkih stenah in dnu (les,

beton), manjšo vrednost pri plitkejših in globjih strugah z grobim dnom in stenami (prod,

zemlja). Vrednost koeficijenta k določimo z pomočju diagram.

Slika na str 21, broj slike 1/14

Primer porracuna pogledati na 23 str

Številne prednosti izrabe vodne energije:

- Pretvarjanje vodne energije poteka z zelo visokim izkoristkom,

- Z uporabo vodne energije ne obremenjujemo okolja,

- Oddaja odpadne toplote v okolje je zelo nizka.

Slabosti izkoriščanja hidroenergije: - izgradnja hidroelektrarne predstavlja velik poseg v okolje,

- nihanje proizvodnje glede na razpoložljivost vode po različnih mesecih leta,

- visoka investicijska vrednost.

Pri gradnji hidroelektrarn je zelo zahtevna uskladitev ekološkega ravnovesja v

akumulacijskem jezeru, rekah in njihovega okolja. Ukrepi v posameznih primerih morajo biti

uravnoteženi učinkom na okolje in na koristi pridobivanja okolju prijazne električne energije.

Kadar je elektrarna skrbno načrtovana, je možno vodno energijo označiti kot "obnovljivo" in

"trajno".

Pri vseh vodnih hidroelektrarnah se elektrika proizvaja v generatorju. Električni generator

po principu elektromagnetne indukcije proizvaja električno energijo, ki ga poganja vodna

turbina. Obstaja več vrst turbin, ki so primerne za različne vodotoke. Vodo dovajamo v

turbine, te poganjajo generator, ki pretvarja hidroenergijo v električno.

Srce vsakega elektroenergetskega sistema je elektrarna, Naloga elekrtrarne je, da surovo

(primarno) obliko energije v naravi pretvori v sekundarno-elektricno energijo. Tudi elektricna

energija ima samo prehodno obliko energije in jo v končnih porabnikih (svetilke, štedilniki,

elektromotorji….) pretvoromi v toploto, svetlobo, mehansko… obliko energije. Potovanje

energije od izvora do končnih porabnikov je prikaza na nasledni sliki:

Konica obremenitve:

Vsakomur je znano, da se količina porabljene elekricne energije ne troši enakomerno v nekem

časovnem obdobju-npr. V teku dneva. Pa tudi dnevi, tedni, meseci, leta se mes seboj

razlikujejo. Oblika slovenskega dnevnega diagram je zelo primerljiva z državami v naši

okolici in održava naš način življenja v smislu porabe enekrične energije. Iz diagram je tudi

možno razbrati, zakaj se je v preteklosti začela porajati ideja, da bi del proizvodnje predstavili

na kasnejši čas. Ideja ni toliko zaživela v samo proizvodnji, kot v administrativnih sluzbah,

trgovine, javni uradi…V zvezi s tem poznamo tudi pojem venejšega in dražjega dnevnega

toka oz. strokovno povedano visoke in niske tarife.

Dnevni diagram obremenitve za letni oz. zimski čas:

Za slovenski disgram je značilno, da imamo najvišjo konico v večernih urah, drugo konico pa

dopolne. Sedlo obtežbe se nahaja v ničnih urah in kratek čas- zelo odvisno od sezone v

popoldanskem času.

Fracisova vodna turbina:

Fracisova vodna turbina se imenuje po izumitelju Jamesu B. Francisu, ki je leta 1848 izdelal

oziroma izboljšal že obstojeco vodno turbino. Njegovi matematicni in graficni izracuni so

pripomogli k boljšemu projektiranju turbin. Francisova vodna turbin spada med reakcijske

vodne turbine, kar pomeni, da se tlak vode spreminja, ko tece skozi turbino in oddaja energijo.

Ves okrov francisove turbine je napolnjen z vodo, kar pomeni, da na vse lopatice gonilnika

deluje enaka sila. Moc turbine je odvisna od pretoka vode in smeri toka vode glede na lopatice

gonilnika. Za regulacijo dotoka vode ima francisova turbina namešcene lopatice tudi v okrovu

turbine. Lopatice v okrovu so medsebojno povezane v mehanizem imenovan vodilnik. S

pomocjo spreminjanja lege teh lopatic lahko reguliramo moc turbine. Gredi gonilnikov so

lahko namešceni vodoravno ali navpicno. Te vrste turbin uporabljamo za srednje velike padce

od 10 do 400 metrov. Izkoristek Francisove turbine je do 0.9.

So med najbolj pogosto uporabljenimi in delujejo v območju od 40 do 220 vrtljajev na

minuto. Uporablja se za padce od 25 – 400 m. Hitre turbine se uporabljajo za nizke padce, za

vioke padce pa so bolj primerne počasne Francisove turbine. Hitre uporabljamo za padce do

50 m, , normalne do 100 m, počasne pa do 400m. Voda se dovaja skozi dovodno kolo, kjer se

količina vode spreminja z vodilnimi lopaticami.

Francisove turbine imajo glede Peltonove turbine večjo hitrost, zaradi tega manjše dimenzije

in lažje generatorje in ečjo elastičnost glede na spremembo padca. Zaradi tega Francisove

turbine vse bolj prodirajo na območje Peltonovih turbin.

• Te so najpogostejše v naših HE ker jih lahko uporabljamo za:

– srednje padce: 5 – 200 m

– Velike padce: 50 – 500 m

• Glede na hitrost obremenitve poznamo:

– Počasne (hitrost 50 – 150 min-1

in padce do 500 m)

– Srednje hitre (hitrost 150 – 250 min-1

in padce do 100 m)

– Hitre (hitrost 250 – 500 min-1

in padce do 50 m)

Delovanje Francisove turbine:

Gonilnik francisove turbine sestavljajo pesto, lopate in venec. Pesto je nasajeno na gred,

lopate so pritrjene med pestom in vencem. Voda vstopa med lopate po vsem obodu gonilnika

z vrtincem in iztopa iz gonilnika skozi krožni presek, ko ga omejuje venec.

Vrtinec vode je dobro znan pojav. Nastane pri iztekanju vode skozi odprtnino v dnu posode,

če vodna gladina ne leži previsoko nad odprtnino. Vrtinec tako nastane proti koncu praznenja

kopalne kadi. Lahko ga povzročimo tudi pri visoki vodni glodini, če okrog okrogle odprtnine

navpično postavimo ploščice poševno na obod odprtnine, torej niti v smeri polmera odprtine,

niti pravokotno na polmer. Temveč na dno posode stožčasto cev, ki ima zgoraj enak premer

kot odprtnina. Cev potrebujemo, da bo naprava varneje predočila dogajanje v francisovi

turbini. Napravo postavimo nad vodo večje posode, tako da sega vec s spodnjim koncem pod

gladino in v zgornjo posodo nalijemo vodo. Ta prične takoj teči iz zgornje posode skozi

odprtnino in vec v spodnjo vodo. Voda bi sicer želela po najkrajši poti navzdol. Toda ne

more. Zaradi okrogle plošče mora teči med ploščicami, postavljenimi okrog odprtnine, ki jo

zaradi svoje poševne lege prisilijo v vrtinec. Voda torej izstopa iz kanalov med ploščicami v

obliki vrtinca in kot vrtinec nadaljuje svojo pot po cevi navzdol- Če bi zasledovali smet, ki

plava z vodo, bi ta zarisala svojo pot kot prostorsko špiralo. V vrtincu nad odprtnino

postavimo ploščo, položeno nakoliko poševno na smer gibanja vode. Voda ne more več

nadaljevati svoje poti ker ju plošča prisili v drugo smer. Voda se upira spremembi svoje smeri

in zaradi tega pritiska ploščo. Če ploščo pritrdimo na navpično gred, vležajeno sredi

odprtnine, se gred s ploščo v vrtincu vrti in moč vode de tako spreminja v mehanično moč. Na

gredi pritrdimo več prav takih upognjenih plošči in dobimo francisov gonilnik., naša naprava

pa se spremeni v poednostavljeni model francisove turbine. Navpične ploščice krog odprtnine

prevzemejo nalogo vodilnika in cev pod odprtnino predstavlja sesalno cev.

Opisani akcijski sili, ki vrti gonilnik, se pridružuje se reakcijska. Kanali med lopatami

gonilnika se proti izstopu zožejejo, voda v njih pospešuje svojo hitrost in v obratni smeri se

pojavlja reakcijska sila. Z reakcijsko sili se najlažje seznanimo, če stojimo v čolnu, ki miruje

na vodi. Ko vstopimo korak ali dva po čolnu naprej, zdrsne čoln nekoliko nazja. Iz mirovanja

smo svojo hitrost pospešili do neke vrednosti in kot reakcija na naš premik se je čoln

primaknil nazaj.

Reguleranje francisove turbine, to je spreminjanje njezine požiralnosti, omogoča vodilnik.

Sestavlja ga več vodolnih lopat, razpostavljenih po krogu okrog gonilnika. Vodilne lopate

lahko obračamo, s čemer spuščamo več ali manj vode skozi turbino. Pri zaprtem vidilniku je

pretok skozi turbino ustavljen. V vsaki legi prisilijo vodilne lopate vodo v drugačen vrtinec.

Kot, pod katerim udarja voda na lopate gonilnika, se torej spreminja z lego vodilnih lopat. Ta

okoliščina se neprijetno izraža z neugodnim izkoriščanjem vodne moči pri nizkih

obremenitvah, to je pri znatno priprtem vodilniku.

Sesalna cev omogoča, da francisove turbine ni treba postaviti čim bližje k spodnji vodi,

temveč jo lahko vgradimo nad njo. Ne da bi izgubili del padca med turbino in spodnjo vodo.

Padec tako razdelimo na tlačno in sesalno višino. Obe višini se v moči turbine polno

uveljavita, prav tako kot z roko še vedno nosimo težo npr. 5 kg, če vzamemo v dlan utež za 3

kg, utež za 2 kg pa si obesimo pod dlan. Z odprto francisovo turbino se ne smemo preveč

približati zgornji vodi, da nam ne vleče zraka, niti ne smemo sesalne višine izbrati nad 6 m.

Obstaja več varijanti grajenja, oz. monteranja turbin:

• Francisova turbina v jašku z navpično gredjo,

• Francisova turbina v jašku z vodoravno gredjo,

• Francisove špiralne turbine z vodoravno gredjo,

-Francisova turbina v jašku z navpično gredjo:

Vodo dovajamo k turbine po odpretem kanalu. Voda vstopa v turbine skozi vodilnik, odda

svojo moč gonilniku in se po sesalni cevi spusti v spodnjo vodo. Vrtilna hitrost the turbin je

navadno niska, ker jih uporabljamo na nizkih padcih in imajo velike gonilnike, da z velikim

pretokom dosežajo moč, h kateri padec ne prispeva kaj pride, Poleg tega navpična gred ni

prikladna za pogon niti mlina, niti žage, kot tudi ne običajnega generatorja. Zato so turbinam

prigraja vodoravna predležja, na katera prenašamo pogonsko moč turbine prek polkrižnega

jermena ali para stožčastih zobnikov. Namesto le-the je možno uporabiti sodoben zobniški

prenosnik.

-Francisova turbina v jašku z vodoravno gredjo:

Turbine v jašku z vodoravno gredjo, te zelo prikladne in razmeroma poceni turbinske izvedbe,

so v naših krajih najbolj pogoste.

-Francisove špiralne turbine z vodoravno gredjo:

Špiralne francisova turbine vselaj dobiva vodo po cevovodu, priključenem najpogosteje na

predtirbinsko zapiralo, redkeje neposredno na sam špiralni okrov. Špiralne turbine torej ni

treba potopiti v vodo, temveč stoji na suhem v strojnici, dostopna z vseh smeri.

Izkoristek turbin:

Glede iskoristka pri polni obremenitvi in pretoku so vse vrste turbin skoraj enake. Izjema so

bankijeve turbine, katrih izkoristek je tu nekaj manjši. Z zmanjšanjem obremenitve in

prepiranjem regulacijskega organa, se pri vseh turbinah izkoristek nekoliko izboljšuje in

doseže najvišji vrednost nekje pri 75 % pretoka. Z nadaljnim zmanjševanjem obremenitve

izkoristek pada, pri nekaterih vrstah turbin počasi, pri frugih zelo hitro.

Spreminjanje izkoristka posameznih vrst turbin v odvisnosti od pretoka ponazarjamo

diagramsko. Z zmanjšanjem pretoka vrednosti izkoristka narašča, doseže probližno pri 80%

pretoka svojo najvišjo vrednost in ima pri 12 % pretoka vrednost 0. Tu turbine nima več

koristne moči, ker vso moč uporablja za svoje vrtenje, pravimo da je turbine v praznem hodu.

Vrtilna hitrost, pobeg in reguliranje turbin:

Turbina mora obratovati z vrtilno hitrostjo (n/min), ki jo predpiše izdelovalec turbin.

Drugačna vrtilna hitrost zmanjšuje izkoristek in moč turbine. Predpisano vrtilno hitrost im

atudi generator. To pomeni, da mora pri neposredni povezavi turbine in generatorja oba stroja

imeti isto predpisano vrtilno hitrost, pri povezavi prek jermenskog ali zobničkega prenosnika

pa mora biti prenosno razmerje izbrano tako, da oba stroja ohranita predpisano število

vrtljajev na minoto. To poudarjamo zaradi tega, jer marsikateri graditelji HE zaradi jermenic,

ki jih že ima na voljo, sili turbine v napančno vrtilnu hitrost, misleć, da ke s tem kaj prihranil.

V resnici izgublja, saj turbine zaradi napačne vrtilne hitrosti nima prave moči.

Nadalje mora turbine obratovati s predpisano isto vrtilno hitrostjo pri vsaki obremenitvi. To

pomeni, da mora imeti isto število vrtljajev, naj si vo v praznem teku, delno ali pollno

obremenjena, Ta osnovna zahteva ni dovolj znana, saj nepoučeni pogosto sprašujejo po razliki

med številom vrtljajev prineobremenjeni in obremenjeni turbine. Edino pravilni odgovor se

glasi: razlike ni in je ne sme biti! Potrebna je vedno ista vrtilna hitrost v vrednosti , ki jo

predpiše izdelovalec turbine.

Vedno enaki vrtilno hitrost zagotavljamo z enakostjo med močjo turbine in obmenitvijo. To

enakost dosegamo s pomikom regulacijskega organa (vodnih lopat, igle, odklonila, gonilnih

krill ) v tak položaj, da bo pretok skozi turbine dal turbine samo toliko moči, kolikor jo tretja

obremenitev, ne več, ne manj, sicer bi vrtilna hitrost presegla predpisano vrednost oz. padla

pod njo. Pri praznem teku, ko naj razvija turbine samo toliko moči, da bo vrtela samo sebe s

predpisano hitrostjo, je torej regulaciski organ močno priprt. Pri delni obremenitvi je nekoliko

odprt, pri polni obremenitvi popolnoma.

Premikanje regilacisjega organa v vsakokkratni položaji, ki ga terja obremenitev agregata,

imenujemo reguliranje turbine. Turbino reguliramo ročno ali avtomatsko. V prvem primeru

premikamo regulaciski organ z mahanizmom na ročni pogon, v drugem nam to delo

samodejno opravlja avtomatski turbinski regulator. Ročno reguleranje adovoljuje samo pri

nespremenjivi obremenitvi, kakrša je npr. Ogrevanje ali razvetljava. Če pa se obremenitev

spreminja pogosto, morda tudo nepričekovano, je nujen avtomatski regulator, sicer bi morali

neprestano stato ob turbine in z ročno regulacijo popravljati njeno vrtilno hitrost, s pridrškom,

če bi sploh lahko bili dovolj hitri.

Vrtilna hitrost turbin se znatno poveča le agregat razbremenimo, pri tem pa pozabimo pripreti

regulacijski organ ali pa nam avtomatska regulacija odpove. Takrat turbine “zbeeži” in doseže

tako imenovano pobežno vrtilno hitrost. Ta pri francisovih turbinah prisega normalni vrtinlo

hitrost za približno 80% pri propelerski turbinah pa je enaka dva do trikratni normalni vrtilni

hitrosti. Podatek, o pobežni vrtilni hitrosti daje izdelovalec turbine. Pobeg turbine naj se mes

pravilnim obratovanjem ne pojavlja, ni pa izključen. Vrteči se deli turbinske opreme

(gonilniki, večje jermenice, vztrajniki) morajo biti dimenzionerani tako, da med pobegom

zaradi sredobežne sile ne ekspoloderajo. Ležaji morajo brez škode zdržati krajše vrtenje

agregata s pobežno vrtilno hitrostjo. Nanjo je treba tudi opozoriti dobavitelja generatorja.

Za HE ostaja še en način avtomatskega reguleranja vrtilne hitrosti, ki ga zaradi njegove

praktičnosti in cenenosti ne kaže spregledati, Gre za reguleranje na temelju stalne

(konstantne) obremenitve. V tem primeru turbine ročno reguleramo po dotoku, elektronska

naprava pa skrbi za nespremenjivo obremenitev, v isti višini obremeni agregat z nekorisnim

bremenom, npr. Gretjem obratovalne vode. Ta način reguleranja ne pozna nobenih gibajočih

se delov. Kas podaljšuje dobo regulacijskega mehanizma turbine, ki ga uporabljamo le

“sezonsko”. Regulatorju stalne moči je je soroden regulator z zaviralnim bremenom. Tudi tu

elektronska naprava takoj po tazbremenitvi in zaznavi zvišja frekvence obremeni agregat z

nekorisnim bremenom (balastom) in zavre naraščanje vrtilne hitrosti. Neglede na velikost

razbremenitve preklopi regulator vedno isto nekoristno breme, ki je enako največji moči

turbine, lahko tudi večje. Da nekoristno breme ne odvzame preveč energije in vrtilna hitrost

pe pade pod predpisano vrednost, elektronika nakoristno breme odklopi takoj, ko se vrtilna

hitrost približa zopet svoji normalni vrednosti. Če hitrost ponovno naraste, regulator prikpoli

ballast. Priklopi in odklopi si slede v razmaku komaj stotink sekunde, takoda ostaja vrtilna

hitrost za praktične potrebe nespremenjena, Ta regulator torej odvzeme presežno energijo

utripno z razmeroma visoko močjo, ne pa zadržema mes trajanjem proizvajanja presežne

energije. Prednost te vrste rugulacije je tudi niska cena.

Način obratovanja HE in izbira opreme:

Poznamo dva načine obratovanja HE:

- Otočno obratovanje

- Vzporedno obratovanje

Med odtočnim obratovanjem napaka generator elektricno energijo svojo mrežo, ki je ločena

od javne mreže. Z drugim besedami: generator daje elekrično energijo le trošilom, ki so nanj

priključena (grelci, žarnice, hladilnik itn), pri čemer mu ne pomaga noben drug generator.

Mad vzporednim obratovanjem je generator povezan z mrežo, ki jo napajajo tudi drugi

generatorji in obratuje vzporednoz njimi. Najbolj pogosto je vzporedno obratovanje HE z

mrežo elektrigospodarstva.

Vzporedno obratovanje prinese lasniku še drugo in sicer ankratno finančno korist: nabava

opreme je cenejša kot tista za otočno obratovanje. Za turbine zadošča ročna regulacija, s

katero regulira turbine “sezonsko”, Kor generator lahko uporabi ceneni kratkosticni trifazni

elektromor, ki ga priključi na mrežo za števcem, tako kod vsak electromotor. S turbine ga

poganja toliko nad njegovo sinhronsko vrtilno hitrostjo, kolokor bi kot motor zanjo zaostajal.

Če ima npr. Motor vrtilno hitrost n=1440/min, pomeni, da za 60 vrtljejev na monotu zaostaja

za sinhronsko vrtilno hitrostjo n=1500/min. S turbinom ga treba poganjati s 1560 vrtljaji v isti

smeri, kot bi ga vrtela napetost iz mreže. Motor ne jemlje več energije iz mreže, temveč jo

pošilja v mrežo. Motor se je spremenil v asinhrosnki generator. Vsa elektricna trošila

uporablja lasnik HE tako kot prej, torej vezana na mrežo elektroprivrede.

Otočnemu obratovanju mora ustrazatu tudi turbinska oprema. Predvsem je potreben regulator

vrtilne hitrosti, ker mora imeti izmenična napetost stalno frekfenco. Ročni regulator, kot smo

že omenili, zadošča le izjemoma, Generator za otočno obratovanjee je dražji kot asinhronski,

drag je tudi turbinski regulator. Zaradi potrebnega večjga denarnega vlaganja v HE za otočno

obratovanje, je v tem primeru za greditelja še bolj zaželeno, da bi HE lahko obratovala tudi

vzporedno vazana z javno mrežo in oddajala presežno energijo. Ta možnost je izvedljiva,

vendar za dodatno, ne tako nizko ceno. V upravljalno ploščo je treba vgraditi

sinhronozacijsko napravo in vrsto zaščitnih naprav…

Proizvajanje energije:

Električno energijo merimo v kilovatnih urah (kWh). V the enotah kažejo števci v hišah in

elektrnah njeno porabo oz. proivodnjo.

Količina porabljene ali proizvedene električne energije zelo enostavno izračunamo tako, da

moč trošila oz. generatorja v kilovatih (kW) pomnožimo s časom t v urah (h)m kolikor traja

odvzemanje oz. proizvajanje elektricne energije s to močjo.

Velja izraz:

E - količina električne energije v kWh

E P t P - moč električnega trošila ali generatorja Kw

t - čas v urah

Jez:

Je gradbena struktura, ki z zadrževanjem vode preprečuje poplavljanje, obenem pa shranjuje

vodo in omogoča namakanje v sušnih obdobijih. Posebno pomembni so jezovi hidroelektrarn,

v katerih so nameščene turbine in električni generatorji. Največji in najmogočnejši so nasipni

jezovi, ki jih naredijo tako, da v vrsto nasujejo zemljo in kamnine. S takimi jezovi navadno

zajezijo široke doline. V sredini imajo vodotesno osrednjo steno, ki so jo nekdaj izdelali iz

zmesi gline in dodatkov, danes pa je praviloma iz betona. Pri nekaterih jezovih okrog te stene

nasujejo zemljo in jo trdno zabijejo, pri drugih pa namesto nje uporabijo velike kamne in

skale. Gradnja nasipnih jezov je zelo ekonomična, saj so v veliki meri izdelani iz naravnega

materiala.

Za zajezitev globokih in ozkih sotesk je potreben betonski jez, saj je le armirani beton dovolj

trden, da lahko vzdrži velike vodne tlake. Številni betonski jezovi imajo trikotni prerez. Na

zgornji strani, kjer nastane jezero imajo navpično steno, na spodnji pa je stena poševna. Ker

jih na svojem mestu drži njihova lastna teža, se imenujejo težnostni jezovi. za zajezitve

velikih dolin jih uporabljajo le redko, saj so zelo dragi, njihova gradnja pa je dolgotrajna.

Nekateri betonski jezovi so narejeni v obliki loka, ki je s koncema oprt na bregova doline.

Vodoravno silo vode tako zadržuje kamnina na bregovih reke. Ločni jez je zaradi svoje oblike

zelo močan, podobno kot ločni mostovi in oboki. Največ jezov, ki jih zgradijo v zadnjem času

je te vrste. Za gradnjo zahtevajo manj konstrukcijskega materiala kot drugi jezovi, poleg tega

pa so najmočnejši. Stebrni jezovi se uporabljajo tam, kjer podlaga ne omogoča gradnje drugih

jezov. S spodnje strani je tak jez podprt z vrsto stebrov, ki so lahko različne oblike. Najbolj

razširjeni podporniki so ravni ali pa imajo obliko loka ali oboka. Izdelani so iz armiranega in

prednapetega betona. Gradnja takih jezov je razmeroma ekonomična, saj ne zahtevajo toliko

materiala kot težnostni jezovi iz betona.

Leta 1997 je bilo na svetu približno 40.000 velikih jezov (veliki so tisti z višinsko razliko več

kot 15 metrov) in okrog 800.000 manjših. Če bi vsi jezovi na svetu spustili vodo, ki jo

zadržujejo, bi se gladina svetovnih morij dvignila za 3 cm.

Poznamo štiri osnovne vrste jezov. Nasipni in betonski gravitacijski jez drži na svojem mestu

lastna teža, zato oba zahtevata veliko maso materiala. Nasipni jezovi so navadno zelo veliki in

zapirajo zelo široke reke. Ločni jez je ukrivljen in se na straneh upira ob bregove doline, ki

prevzamejo sile zaradi pritiska vode. Z njim zajezijo ozke in visoke gorske soteske. Stebrni

jezovi so podprti z betonskimi stebri, ki imajo globoke in močne temelje. Uporabljajo se za

zajezitev širokih rek ali jezer.

Gibljivi jezovi: Omogočajo spreminjati višino krone in tako nivo zgornje vode v bazenu;

Služijo kot zapornice, saj omogočajo odtekanje odvečne vode;

Vloga ob poplavah;

Delitev:

•ploščate zapornice,

•segmentne ali sektorske zapornice in

•prelivne ali zaklopne zapornice;

Vstopne naprave:

Opremu naprave na vstopanju vode v dovodni kanal, cevovod ali turbinski jašek sestavljajo

rešetke in zapornice.

Na vstopu v dovodni kanal imamo grobo rešetko, drobno na vstopu v cevovod in turbinski

jašek, Rešetke zadržujejo plavajoča telesa, da ne pridejo v turbine in je ne zamaše. Svetle

širine med posameznimi drogovi grobe rwšwtkw naj merijo 50 do 100mm. Pri drobni rešetki

pa te razdalje ne smejo presegati 60 % širine pretočne poti v turbine ns nsjožjem mestu.

Francisove turbine imajo najožje mesto v gonilniku in sicer med lopatami na izstopni strain

ob mestu.

Čim večja je površina rešetke, manj pogosto je potrebno njeno čiščenje, Zato rešetke ni nikoli

prevelika, prerada se pokaže kot premajhna. Če smo v šširini rešetke omejeni, povečamo

njeno površino z bolj poševno namestirvijo. V nobenem primeru pa ne smemo podaljšati

drogove na skodo višine cstopnega praga, ki mora ostati vasik vsaj 20 cm.

Rešetka rabi bit zvarena iz ploščastega jekla in kotnih profilov. Ploščasti drogovi morajo biti

dovolj močni, da vzdrže vodni protisk pri morebitni popolnoma zamašeni rešetki. Drogovi

morajo segati navzgor do poda, a katerega čistimo rešetko, tako sa z grabljami brez zatikanja

potegnemo nesnago na pod. Pretoka vode in gibanja grebelj ne smejo ovirati podolžni kotni

profile, na katere so privarjeni ploščasti drogovi. Rešetka mora biti odstranjivo pritrjena v

beton.

Ploščate zapornice: najenostavnejša je lesena dvižna zapora pri manjših zaporah, pri

zahtevnejših je plošča jeklena, opremljena s koluti zaradi manjšega trenja, kotalna ploščata

zapornica. Enojne zapornice ne morejo fino regulirati vode, zato dvojne ploščate zapornice,

npr. kljukasta dvojna zapornica (HE Vuzenica)(dve ploščati zapornici, zgornja za nivo vode,

spodnja za izpiranje tal, obe za katastrofalne pretoke).

Kombinacija kotalne in prelivne zapornice: (HE Vuhred) prelivno polje ni prosto zaradi

betonskega nosilca, spodaj ploščata zapornica, zgoraj prelivna zapornica ali zaklopna

zapornica, nižja cena, vendar manjša prepustnost.

Segmentne zapornice: (HE Mariborski otok, HE Dravograd (blato)).

Pomožne zapornice: ob remontu.

Tesnjenje zapornic: zaradi majhnih izgub, različni primeri. Dvižni mehanizmi so zobniški +

hidravlični, na obeh straneh zapornice, pogoni so povezani z električno mehansko osjo zaradi

sinhronizacije zapiranja.

Cevovodi:

Dovodni cevovodi so lahko betonski, salonitni, jekleni ali plastični. Za odvod vode se

predvsem primerni betonski cevovodi, če naj bo odvod pokrit.

Potreben promer cevovoda v odvisnosti od pretoka določimo po podanih napotkih. Betosnke

cevi so v tem primeru sčabše kot jeklene ali salonitne. Najbolj glatke in najboljše so plastične

cevi.

Če zelimo uporabiti betonski dovodni cevovod, je najsolje povprašati na ceno, s podatki o

premeru, potrebni dolžini in maksimalnem tlaku. Betonske cevi su znotraj izredno glatke.

Hidravlične izgube zmanjšujejo tidi manjše število potrebnih spojev. Betosnke cevi so v

manjših kosih, izdelki drugih proizvojalcev prenesejo le zelo nizke tlake in so na prodaji v

ustreznih trgovinah.

Jekleni cevovod mora biti iustrezno antikorozivno zaščiten, tako da je dosežena izolacijska

sposobnost na preboj elektricne energije 1,5 kW . Prav tako mora biti ustrezno izvedena

katodna zaščita vseh jeklenih cevovodov.

Salonitne cevi se izdelujejo z notarnjimi premerji od 50 do 1300 mm in v dolžinah os 3 do 5

m. Do premera 700 mm jih he moguče dobiti za padece do 150 m, od 800 do 1000 mm

premera za padce do 100 m in od 1100 do 1300 mm za padce do 50 m.

Pred turbinka zapirala:

Za cevno zapiralo, montirano v strojnici tik pred francisov špiralsno turbine, so najlažje

dostopni klinasti zasuni. Ti so naprodaj dmalega v vseh trgovinah z železnino. Ob nakupu je

treba povedati želeni promer in največji tlak (padec). S hidrauličnega stajališča zasuni niso

najugodnejši. Ker žlebovi, po katerih drsi zasunilo, povzročajo vrtinčenje vode in s tem

izgubo padca. Zapiralno telo je ravna jeklena plošča, ki je v odprti legi položena vzporedno s

tokom vode. Pogon loput je ročen. Lopute se uporabljajo pre padcih do 100 m, Na voljo so

v premerih od 200 mm do 1200 mm. Če je turbine monterana v jošku (francis) ali ima svoj

vtrok v nizvodni steni jaška (cevna), potem opravlja nalogo predturbinskega zapirala ploščata

zapornica pred jaškom.

Pred turbinsko zapiralo je med obratovanjem turbine popolnoma odprto, med daljšim

mirovanjem agregata pa zaprto. Vmesni položaj zapirala ni dovoljen. Ker nima naloge

reguliranja turbine, temveč samo njeno ločitev od dovoda vode.

Skenirati slike na stranici 37 u knjigi prvi i drugi dio

Za svojo hiroelekrarno sem dolociv zaprti dovod z izravnalnikom. Pri tem primeru rabimo

povedat da so pre dolgih cevovodih regulacijski pogoji zelo tezavni. Olajšamo si jih z

rezdelitvijo dovodnega cevovoda na dva dela. Prvi, daljši del, položimo z blagim naklonom,

drugi, krajši del, strmo. Med obema deloma postavimo izravnalnik. Primer za tako izvedbo je

HE, ki je včasih potrebna pre majhnih napravah.

Jel 1 in vtočna naprava 2m dovodna cev pa je po dolzini razdeljena na dva dele; položni del

cevovoda 3 in strmi del cevovoda 4. Med njima stoji izravnalnik 5. Izravnalnik je v bistvu

pokonci postavljena cev večjega premera, v kateri leži med mirovanjem turbine vodna globina

na isti višini kot na vstopu v cevovod. Med obratovanjem turbine s stalno obremenitvijo se

globina v izravnalniku zniža za toliko, kolikor znaša izguba padca v prvem delu cevovoda. Pri

spremembi obremenitve, to je pro spremembi pretoka skozi turbine, se globina v izravnalniku

spremeni. Pri razbremenitvi se vdigne, ker vsa voda, ki doteka v izravnalnik, ne more odtekati

skozi drugi del cevovoda in turbine; pri obremenitvi pa se globina v izravnalniku zniža, ker v

prvih sekundah še ne more priteči v izravnalnik toliko vode, kolikor jo odteka skozi turbine.

Vsaki spremembi globine sledi sprememba v nasprotni smeri: globina v izravnalniku prične

nahati. Pri zadostnem premeru izravnalnika se nihanje zaduši, če med tem ne nastopi nova

sprememba v obremenitvi. Potrebna vošina izravnalnika je tem manjša, čim položneje je

položen prvi del cevovoda.

Instalerani pretok:

Višino instaleranega pretoka določimp iz moči, ki jo želimo dobiti, pri čemer moramo

preveriti, če nam doteka po strugi dovolj vode. Če je želja po moči večja od možnosti, ne

pomaga drugega, kot zmanjšati moč in jo prilagoditi void. Neto padec priblizno znaša 90% do

98% bruto padca. Instalerani pretok sme znašati največ dvakrat toliko kot dvanajstmesečna

voda. V tem primeru smemo pričakovati, sa bomo s francisovo turbine lahko obratovali vse

leto, da bo turbine pri dvanajsmesecni void še obratovala z dokaj dobrim izkoristkom in da bo

turbine dala nekaj moči cello pri izredno nizki in kratkotrajni vodi.

Navedeno valja za francisovo turbine, ki je opremljena z regulaciskim organom, to je z

gibljivim vodilnikom, tako da je mogoče pri vodotokih pod instaliranim protokom s

pripiranjem vodilnika turbine prilagoditi manjšemu dotekanju. Z neregulirano francosovo

turbine pa bi lahko obratovali samo med trajanjem dotokov, ki so enaki instaleranemu pretoku

ali večji. Kakor hitro bi dotekanje po strugi vodnega toka padlo pod instalirani pretok, bi

turbine izgubila svojo moč in obratovanje bi bilo treba ustaviti.

Dovodni in odvodni kanal:

Dovodni in odvodni kanali imajo glede na način, kako so izdelani, lahko različite preseke.

Leseni in betonski kanali ter taki, ki so vsekani v skalo, imajo pravokoten presek. Sicer so

preseki kanalov v splošnem trapezaste oblike, pri čemer so nakloni odvisni od gradiva in zato

različiti. Trapezasti kanali so lahkoo izkopani, delno izkopani in delno obdelani z nasipi ali pa

v celoti obdani z nasipi.

Slike na 42 strani knjiga 1 I 2 dio

Velikost potrebnega preseka kanala, to je ploščina njegovega preseka v kvadratnih metrih

(m2), je odvisna od pretoka, ki naj ga kanal prevaja. Čim velji je pretok, večji presek je

potreben in obratno. Ploščina preseka je odvisna tudi od hitrosti, s kateri naj teče voda, večji

mora biti presek. Ploščina potrebnega preseka izračunamo po enedžbi:

S - ploščina preseka kanala (m2),

Q

Sv

Q -instalirani pretok (m3/s),

v -hitrost vode v kanalu (m/s).

Raziskave nam povejo da mora biti nizka hitrost pri gradivih, ki bi jih voda lahko obnašala s

sabo, pri trdnih gradivih so dovoljene mnogo višje hitrosti. Ker pa le-te, kot bomo spoznali

kasneje, povzročajo večje izgube padca, izberemo hitrost vode v mejah med 0,6 do 1,2 m/s ne

glede na gradivo

Kanala (razen pri pesku in zemlji ki zahtevajo nizje hitrosti). Nižjo vrednost izberemo pro

zelo majhnih pretokih, ker je presek kanala že sicer majhen in pri nizkih padcih, da ne

izgubimo preveč potencijalne moči.

Preseki ki se ne preporocajo so zelo globoki, široki ali plitki, ker imajo dolgi omočeni opseg

in tisto provzoroča preveč trenja in izgube. Njprimerjenejši presek je tak, ki ima pri dani

ploščini najkrajši omočeni obseg in tako provzroča najmanj trenja. Najkrajši omočeni obseg

ima presek, ki se po svoji ibliki najbolj pribliza polkrogu s polmerom r na spodnji sliki. Na

sliki tud vidimo najugodnejši pravokotni presek debelo narisan, prav tako zgledi jaugodneši

trapezasti presek, pri čemer je za primer vzet naklonki kot (gama) 60°.

Slika na strani 45

Kanal mora biti nekoliko nagnjen, da bo voda po njem lahko tekla s hitrostjo, ki si jo želimo

in za katero smo se že naučili, kako jo izberemo. Povsem razumljivo je, da bo potrebni nagib

tem večji, čim večja je zaželena hitrost vode. Nagib je odvisen tudi od kakovosti sten in dna

kanala, čim bolj so te ploskve glatke, z manjšim nagibom bo dosežena zaželena hitrost.

Končno vpliva na nagib tudi dolžina omočenega obsega preseka kanala.

I - nagib dna kanala v metrih na tekoči meter (m/m’),

v -hitrost vode (m/s),

k -koeficijent, s katerim upoštevamo kakovost sten in dna,

R -hidrvlični polmer (m).

2

2 1,333

vI

k R