Stabilnost Vodostana (Oscilacije Vodenih Masa)

  • View
    481

  • Download
    3

Embed Size (px)

DESCRIPTION

rad o stabilnosti vodostana, reshearch about surge shaft and mass oscilstions in it

Text of Stabilnost Vodostana (Oscilacije Vodenih Masa)

UNIVERZITET CRNE GORE MAINSKI FAKULTET PODGORICA

STABILNOST VODOSTANA (OSCILACIJE VODENE MASE)Seminarski rad iz predmeta Hidroelektrane

Student: Adnan Karahmetovi 76/10

Seminarski rad: Hidroelektrane

Oznake H = bruto pad; Hst = visinska kota vode u vodostanu u stacionarnom reimu; AT = povrina poprenog presjeka tunela; L = duina tunela; AV = horizontalna povrina poprenog presjeka vodostana; AP = povrina poprenog presjeka cjevovoda; v = brzina proticanja fluida u tunelu, pozitivan smjer je od rezervoara prema vodostanu; Q = trenutni protok koji zahtjevaju turbine; Q0 = protok koji zahtjevaju turbine pri maksimalnom optereenju u stacionarnom reimu; Q1 = nQ0 = protok koji zahtjevaju turbine prilikom djeliminog optereenja; = gubitak pada u tunelu (F=const), pozitivno kada je v>0; = gubitak pada u tunelu pri stacionarnom reimu; = izlazna snaga turbina; = stepen korisnosti turbina i cijevovoda; z = nivo vode u vodostanu iznad nivoa rezervoara; zmax = maksimalni nivo vode u vodostanu; zmin = minimalni nivo vode u vodostanu; t = vrijeme; = vertikalna brzina u vodostanu, pozitivna prema gore; = period oscilacija mase (zanemarujui trenje);

2 Adnan Karahmetovi, Samer Hrastovina Stabilnost vodostana (Oscilacije vodene mase)

Seminarski rad: Hidroelektrane

= amplituda oscilacija pri naglom zaustavljanju strujanja

prema turbini (zanemarujui trenje); = vrijeme potrebno za otvaranje ili zatvaranje predturbinskog zatvaraa.

3 Adnan Karahmetovi, Samer Hrastovina Stabilnost vodostana (Oscilacije vodene mase)

Seminarski rad: Hidroelektrane

1. Uvod 1.1.Svrha i nain djelovanjaVodostani (ekspanzione komore) kao zadatak imaju poveanje hidraulike, mehanike, i elektromehanike stabilnosti hidroelektrane sa duim dovodnim i odvodnim derivacijama. U sluaju da je dovodni tunel dugaak (moe biti i 10 - 20 km) pri pokretanju elektrane se masa vode ne moe u kratkom roku (10-20 sekundi) pokrenuti i dobiti brzinu da bi se na turbinama formirala dovoljna snaga za proizvodnju elektrine energije. Da bi se umanjilo neeljeno djelovanje inercionih svojstava vode, kao i da bi se izbjegli efekti koji nastaju zbog njene stiljivosti (hidrauliki udar) u blizini turbine se grade vodostani. Osnovna zadaa vodostana je da se pri ulasku turbine u pogon osigura dio vode prije nego to on potee u dovoljnoj koliini kroz dovodni tunel te da prihvati dio vode koja se kree dovodnim tunelom pri zaustavljanju turbina. Na taj nain se izbjegava nagla promjena brzine u dovodnom tunelu i pojava hidraulinog udara.

Slika 1. Shema hidraulinog udara u sistemu cjevovoda bez i sa vodostanom

U kratkim crtama njihovi zadaci su: 1. zatita dovodne tj. odvodne derivacije pod pritiskom od hidraulikog udara; 2. smanjenje oscilacija pritiska prilikom hidraulikog udara u cjevovodu; 3. olakanje regulisanja turbine u nestacionarnim uslovima, tako to e ublaiti udarno dejstvo na nju odnosno primiti viak vode (rastereenje agregata); 4. da uine ekonominijim dovod, turbinu i odvod (ako je odvod pod pritiskom). Najei dizajn im je u vidu komore koja je iskopana u planini ili u obliku valjkastog tornja ili kule koji se uzdie nad okolnim terenom mada postoje i izuzeci u obliku rezervoara na metalnim nosaima, itd sve u zavisnosti od terena (slike 2 i 3.).

4 Adnan Karahmetovi, Samer Hrastovina Stabilnost vodostana (Oscilacije vodene mase)

Seminarski rad: Hidroelektrane

LEGENDA: a) VODOSTAN ISKOPAN U STIJENI I SPOJEN NA DOVODNI KANAL POD PRITISKOM; b) VODOSTAN OBLIKA KULE POVRZAN SA NISKIM (LOW HEAD) DOVODNIM CJEVOVODOM .

Slika 2.

Slika 3. Vodostani postavljeni u odnosu na teren: a) iskopan u stijeni; b) djelimino ukopan u stijenu; c-d) nadzemni vodostan 5 Adnan Karahmetovi, Samer Hrastovina Stabilnost vodostana (Oscilacije vodene mase)

Seminarski rad: Hidroelektrane

Obino se ugrauju na dva mjesta dovodno-odvodnog sistema: na dovodnoj derivaciji, na spoju tunela i cjevovoda (gornji vodostan) na odvodnoj derivaciji, ukoliko je ona pod pritiskom, neposredno nizvodno od turbinskih difuzora (donji vodostan). Gornji vodostan titi od hidraulikog udara dovodnu, a donji odvodnu derivaciju, a i jedan i drugi tite turbinu od udara u nestacionarnim prelaznim reimima (slika 4.).LEGENDA:1. ZAHVAT; 2. TUNEL; 3.GORNJI VODOSTAN; 4. VODOSTANSKA ZATVARANICA; 5. CJEVOVOD; 6. PREDTURBINSKI ZATVARAI; 7.DONJI VODOSTAN; 8.ODVODNI TUNEL POD PRITISKOM; 9. POELJNO MJESTO ZA GORNJI VODOSTAN; 10. AERACIONI OTVORI.

Slika 4. Shematski prikaz poloaja vodostana kod jedne podzemne HE.

U cilju efikasnijeg rada u sistemu poeljno je da se vodostani grade to blie mainskoj zgradi tj. turbinama mislei pri tom i na gornje i na donje vodostane a sve to iz razloga koji se mogu shvatiti posmatranjem razvoja hidraulikog udara. Naime, skraivanjem duine cjevovoda skrauje se i faza udara. Ovaj zahtjev je prilino lako sprovesti kod donjih vodostana ,a dosta tee je to uraditi kod gornjih, samim tim to kod vee duine derivacije ili veeg pada vee su i dimenzije vodostana. Vodostan kao sigurnosni ureaj uva cjevovod od kodljivih uticaja hidraulinog udara i u mnogome pospjeuje smanjenje unutranjeg optereenja u cjevovodu kao npr. prilikom spomenutog rastereenja agregata (load rejection) koje e kasnije biti opisano, i koje se dogaa ak iako postoje obilazni vodovi sa sigurnosnim ventilima. Tada iako udar nije dovoljno jak da pokrene mehanizam za regulaciju i aktivira otpusni ventil a ipak zbog brzine promjene optereenja cjevovoda, pritisak moe da poraste za vrijednost 5 15 % ukupnog pada.

1.2.Tipovi vodostanaRaspon oscilacija vodostaja u vodostanu pri naglom optereenju ili rastereenju je znatan, tako da su potrebne velike dimenzije samih vodostana. Kako su vodostani podzemni objekti, njihova izgradnja je skupa pa je uloeno mnogo truda u iznalaenju optimalnog oblika koja bi uz najmanje ulaganje sredstava zadovoljila kriterijume stabilnosti. Postoji nekoliko osnovnih tipova vodostana: a) Cilindrini (obini) vodostan ima velike dimenzije, ali je zbog jednostavnosti za njega razraena najbolja teorija. Ovaj tip vodostana se koristi kod razrade idejnih projekata ali se ne susree esto na izvedenim objektima jer formiraju relativno sporo priguenje oscilacija vodene mase te je potreban veliki iskop materijala za njihovu izgradnju. Najee6 Adnan Karahmetovi, Samer Hrastovina Stabilnost vodostana (Oscilacije vodene mase)

Seminarski rad: Hidroelektrane

se primjenjuju tamo gdje postoji opasnost od progresivnih oscilacija te je potrebna velika povrina poprenog presjeka. b) Vodostan sa gornjim proirenjem ima za cilj da smanji maksimalno dizanje vodostaja ime je dovodni tunel izloen manjim optereenjima nego u sluaju cilindrinog vodostana. c) Vodostan sa komorama smanjuje maksimalne i minimalne vodostaje ime se tedi prostor vodostana, smanjuje maksimalni vodostaj i osigurava od uvlaenja vazduha u cjevovode. Ovaj tip vodostana se danas najee susree. d) Vodostan sa priguivaem u odnosu na cilindrini vodostan smanjuje maksimalno dizanje radi disipacije energije toka na priguivau. Kod pranjenja komore priguiva predstavlja nedostatak jer smanjuje pritiske u cjevovodu tako da ga je potrebno oblikovati asimetrino kako bi u smjeru pranjenja pruao to manji otpor. e) Diferencijalni ili Johnsonov vodostan ima oscilacije u uem oknu sline porastu pritiska kod tipa d). f) Vodostan na Venturi prolazu koristi se na malim padovima i kratkim dovodnim tunelima gdje se nastoji iskoristiti djelovanje poveane brzine u suenju na stabilnost vodostana. g) vodostan sa vazdunim priguivaem zasniva se na injenici da sabijeni vazduh pri podizanju vodostaja usporava podizanje vode te djeluje kao da je vodostan veeg poprenog presjeka.

Slika 5. ematski prikaz nekoliko tipova vodostana

7 Adnan Karahmetovi, Samer Hrastovina Stabilnost vodostana (Oscilacije vodene mase)

Seminarski rad: Hidroelektrane

1.4. Vodostan HE PeruicaOd ulazne graevine Marin Krst do cilindrinog vodostana je betonski tunel duine Lt = 3200 [m] i prenika Dt = 4.8 [m]. Debljina zidova tunela je t = 0.47 [m]. Koeficijent trenja za stacionarno strujanje je odreen po Manning-u i iznosi n = 0.014 . Na slici 6. je prikazan popreni presjek tunela.

Slika 6. Popreni presjek betonskog tunela na HE Peruica

Vodostan na HE Peruica je cilindrini sa promenljivom povrinom poprenog presjeka i prelivom na koti 628 mnm ija je irina bpr = 7.98 [m] a koeficijent preliva pr = 0.4 . Na ulazu u vodostan, iji je prenik Dul = 2.82 [m] se nalazi asimetrini priguiva. Koeficijenti lokalnih gubitaka su prilikom uticanja vode u vodostan u = 1.65 a prilikom isticanja i = 2.48. Na slici 7. dat je ematski prikaz vodostana, na slici 8. vodostanski preliv i na slici 9. dio vodostana koji je vidljiv spolja.

Slika 7. ema vodostana na HE Peruica 8 Adnan Karahmetovi, Samer Hrastovina Stabilnost vodostana (Oscilacije vodene mase)

Seminarski rad: Hidroelektrane

Slika 8. Preliv vodostana HE Peruica

Slika 9. Vidljivi dio vodostana HE Peruica

9 Adnan Karahmetovi, Samer Hrastovina Stabilnost vodostana (Oscilacije vodene mase)

Seminarski rad: Hidroelektrane

2.Oscilacije vodenih masa 2.1. Oscilacije u osnovnom sistemu sa vodostanom(tunel pod pritiskom, cjevovod pod pritiskom i vodostan) Poznato je da se osnovni hidrauliki sistem jedne hidroelektrane sastoji od: 1. 2. 3. 4. 5. rezervoara; tunela pod pritiskom; cjevovoda pod pritiskom ili dovodnog kanala; vodostana; kontrolnog ventila (predturbinski zatvara), to moemo i da vidimo sa slike 10.

Slika 10. Osnovni hidrauliki sistem sa vodostanom

Da bi slika procesa u sistemu sa vodostanom bila jasnija (Jaeger, 1977) spojeni su manometri na donji (m2) i gornji (m1) kraj cjevovoda pod pritiskom. Gornji manometar m1 registruje oscilacije pritiska sa dugom periodom (100 do 500 s). Istovremeno ispis na mjerau nivoa vode u v