Elekrárny A1M15ENY přednáška č. 10 Jan Špelík spelij@fel.cvu.cz - v předměu emailu ENY Kaedra elekroenergeiky, Fakula elekroechniky ČVUT, Technická 2, 166 27 Praha 6
Množsví paliva: Množsví síry v palivu: Množsví popela v palivu: Množsví vody v palivu: m pal Pne 1000 202 kg.s r. Q 0,33.15 ne i r ms m pal. S 202.0, 02 4, 04 kg.s r m m. A 202.0,15 30,3 kg.s m A W A r m. W 202.0,3060,6 kg.s W m m. 1W A S 202. 10,3 0,15 0, 02 107,1 kg.s r r r -1 Množsví uhlíku v palivu: Množsví přivedeného vzduchu: C W 22, 4 mc ms 22, 4 107,1 4, 04 V vz. V vzs.. 1,3.. 1,3.965 1255 m.s 0, 21 12 32 0, 21 12 32 1255 6,21 m /kg paliva 202 což je: 3 Množsví suchých spalin bez přebyku vzduchu: 22,3 21,9 V sns. mc. ms 0, 79. V vzs 199, 02 2, 76 762,35 964 m.s 12 32 Množsví suchých spalin se zadaným přebykem vzduchu: 22,3 21,9 V sns. mc. ms 0, 79. V vzs 1. V vzs 199, 02 2, 76 762,35 1,3 1.965 1253, 6 m.s 12 32 Přebyek kyslíku v suchých spalinách na výsupu z kole za KV bude: O Množsví vlhkých spalin se zadaným přebykem vzduchu: -1-1 -1-1 3-1 3-1 3-1 0,21. V 1 0,21. 1,3 1. 4,8 % V 1253, 6 vzs 965 2 ( KV ) V V +1,24. m 1253,6 1,24.60,6 1328,7 m.s sn sns W sns 3-1
Poměry za filrem: -1 m pop( F ) X pop. 1 Oc. ma 0,9. 10,999.30,3 0, 0272 kg.s Poměry v odsiřovací jednoce: Lákové množsví zreagované síry: n S ODS. m S 0,95.4,04 199,9 mol.s -1 M 0,032 S Molární hmonosi reakanů a produků: -1 MCaCO 40 12 3.16 /1000 0,1 kg.mol 3 MCaSO 4.2H 40 32 4.16 2.2 2.16 /1000 0,152 kg.mol 2O -1 M 12 2.16 /1000 0, 044 kg.mol CO 2 Ve výsledné bilanci reakce plaí n n n n S CaCO CaSO.2H O 2. O 3 4 2 2 Pořebná eoreická hmonos vápence: Množsví vzniklého sádrovce: -1 mcaco n. 199,9.0,1 19,99 kg.s 3 CaCO M 3 CaCO 3 m n. M 199,9.0,152 30,38 kg.s CaSO.2 H O CaSO.2 H O CaSO.2H O 4 2 4 2 4 2 Množsví oxidu siřičiého: m n M Změna bilance suchých spalin za odsířením: Z původního množsví suchých spalin ubude: přibude CO2: přibude zbyek z oxid. vzduchu: Celkově bilance: ( ) 1. 10,95.199,9.0, 032 0,319 kg.s SO ODS ODS S SO 2 2 21,9 21,9 V SO.. 0,95..4,04-2,63 m.s 2 ODS m S 32 32 3 3 3-1 V CO 22,3.10. n 22,3.10.199 +4,45 m.s 2 CO 2 3 3 0, 79 22,3.10 3-1 V vz 22, 4.10. n O..199,9 +8,42 m.s 2 0, 21 2 3-1 V sns( ODS ) V sns V SO V CO V vz 1253,6-2,63+4,45+8,42=1263,8 m.s 2 2-1 -1-1 3-1
Přebyek kyslíku v suchých spalinách na výsupu z odsíření bude: 1.A EMISNÍ LIMITY TZL c TZLref Vvzs 965 0, 21. 1 0, 21. 1,3 1. 4,8 % 1263,8 O2 ( ODS ) Vsns ( ODS ) Hmonos emiovaného oxidu uhličiého: MCO 0,044 2 mco m. 2 C nc ( ODS ). MCO 107,1. 199,9.0, 044 392, 7 8, 79 401,5 kg.s 2 M 0,012 0, 21Oref m 0, 21 0,0272 0,21 0,06 ctzl 0, 21 V 0, 21 1263,8 0, 210, 048 ( ) Oref -3 2 pop F 2... 19,9 mg.m Emisní limiy TZL splňuje 1.B EMISNÍ LIMITY SO2 c O ( ODS ) sns( ODS ) O ( ODS ) 2 2 0, 21 m 0, 21 0,319 0, 21 0, 06 O ref SO ( ODS ) O ref -3 2 2 2 c 2 SO... 233,7 mg.m 2 0,21O 2( ODS ) V sns( ODS ) 0,21O 2( ODS ) 1263,8 0,210,048 SO ref Emisní limiy SO2 nesplňuje, příliš sirnaé uhlí a omu neodpovídající účinnos odsíření 2 HMOTNOSTNÍ TOKY m m m m pal CaCO CaSO CO 2 3-1 202 kg.s -1 19,99 kg.s.2h O 30,38 kg.s 4 2 C -1 401,5 kg.s -1-1
3 EMISNÍ POVOLENKY Na 1 vyrobenou a prodanou MWh připadá exernalia: E 3600. m 3600.401,5. =.25=1445,4 kg.mwh. 0,025 EUR.kg 36,1 EUR.MWh 1000 CO2 CO2/ MWh ECO 2/ Pne Bude-li ao elekrárna povolenky nakupova, bude jen oo předsavova podíl E V CO 2 / MWh / MWh 36,1 = =60 % 60 z obrau za vyrobenou elekrickou energii -1-1 -1
Čerpadla Příkon čerpadla: 2 Q. p c Q. P H. g. Y 2 Y -1 [J.kg ] měrná energie Rozdělení čerpadel: - hydrosaická převažuje laková a poenciální energie - hydrodynamická převažuje kineická složka energie p Y H. g 2 c Y 2 Q-H charakerisika: Hydrosaické zubové čerpadlo Hydrodynamické procesní čerpadlo
Dopravní přelak: - do 1 kpa nízkolaké - 1 až 3 kpa - sředolaké - 3 až 10 kpa vysokolaké Pro vyšší přelaky dmychadla a kompresory Celková účinnos veniláoru:. m i Příkon veniláoru na spojce: P mech V. pc m Veniláory mechanická účinnos (ření ložisek, vibrace) vniřní účinnos (lakové zráy poly- ropického děje) pc i p p c z Rozdělení veniláorů: Radiální Axiální
Veniláory Pracovní charakerisika veniláoru: Závislos vyvozeného přelaku na objemovém průoku při konsanních oáčkách Pracovní bod se nachází v průsečíku pracovní charakerisiky a charakerisiky porubní síě nesabilní oblas sabilní oblas Charakerisika ypická pro radiální veniláor Vliv změny oáček na novou pracovní charakerisiku Charakerisika ypická pro axiální veniláor
Přehled nejvěších TE v ČR Elekrárna Celkový insalovaný výkon [MW] bloků Rok uvedení do provozu palivo Prunéřov II 1 050 5 1981-82 hnědé uhlí ČEZ Počerady 1 000 5 1970-77 hnědé uhlí ČEZ Chvaleice 800 4 1977-78 hnědé uhlí ČEZ Děmarovice 800 4 1975-76 černé uhlí ČEZ Tušimice II 800 4 1974-75 hnědé uhlí ČEZ Mělník III 500 1 1981 hnědé uhlí ČEZ Prunéřov I 440 4 1967-68 hnědé uhlí ČEZ provozovael Vřesová 370 2 1996 zemné plyn, energoplyn Sokolovská uhelná Opaovice 363 6 1960-97 hnědé uhlí Elekrárny Opaovice Mělník I 352 6 1961-95 hnědé uhlí ENERGOTRANS Kladno - Dubská 306 4 1976-99 hnědé uhlí, černé uhlí, biomasa Alpiq Generaion (CZ) Osrava-Kunčice 254 11 1957-2000 černé uhlí, huné plyn Arcelor Mial Komořany 239 8 1959-98 hnědé uhlí, zemní plyn Unied Energy Mělník II 220 2 1971 hnědé uhlí ČEZ Ledvice 2 220 2 1967 hnědé uhlí ČEZ Vřesová (eplárna) 220 4 1967-91 hnědé uhlí, zemní plyn Sokolovská uhelná Tisová I 184 4 1959-60 hnědé uhlí, biomasa ČEZ Třebovice 174 2 1961 černé uhlí, lehký opný olej Dalkia Livínov T200 166 8 1942-55 hnědé uhlí Uniperol Poříčí 165 3 1957 hnědé uhlí, černé uhlí, biomasa ČEZ
Vodní elekrárny Princip: - přeměna kineické energie proudící vody na roační energii urbíny - urbína je na společné hřídeli s generáorem Výhody: - obnovielný zdroj (ne však zcela z pohledu zákona 180/2005 Sb.) - neznečišťují ovzduší, neprodukují emise - nezávislé na dopravě paliv a surovin - špičkový zdroj (doba najeí na plný výkon ~ 100 s) - vyžadují minimální obsluhu i údržbu a lze je ovláda na dálku - nízké provozní náklady, minimální invesiční riziko - zapojielné do vodohospodářského sysému - velmi vysoká živonos Nevýhody: - značná cena a čas výsavby, dlouhá doba návranosi (až 15 le) - nunos zaopení velkého území - závislos na sabilním průoku vody Zasoupení: - v ČR cca 10% spořeby elekrické energie
Vodní elekrárny Podle principu akumulace vodní energie (ypu vzdouvacího zařízení): - průočné /jezové/ (spád je obvykle vyvořen jezem) - derivační / náhonové/ (spád je vyvořen umělým zařízením - náhonem) - přehradní /akumulační/ (využívají spád vyvořený přehradní zdí) - přečerpávací (využívají vodu přečerpanou z dolní nádrže do horní) - přílivové /slapové/ (spád je vyvořen mořským přílivem a odlivem) Podle spádu (výsledného laku): - nízkolaké (spád do 20 m) - sředolaké (spád 20 100 m) - vysokolaké (spád nad 100 m) Podle využií v DDZ: - základní (doba využií nad 6 is. hod/rok ) - pološpičkové (doba využií ) 2-4,5 is. hod/rok 0,7-1,5 is. hod/rok - špičkové (doba využií ) DDZ a nasazení různých ypů elekráren Podle výkonu: - malé vodní elekrárny /MVE/ (do 10 MW počíají se mezi OZE) - (velké) vodní elekrárny /VE/ (nad 10 MW)
Vodní elekrárny derivační (náhonová) elekrárna průočná (jezová) elekrárna akumulační (přehradní) elekrárna přečerpávací elekrárna přílivová elekrárna
Základní pojmy a vzahy Hrubý spád H HR : Hrubý (bruo) spád [m] je rozdíl hladin mezi profilem vzdué hladiny a profilem pod vzdouvacím objekem Čisý spád H: Čisý (užiečný) spád [m] je hrubý spád zmenšený o hydraulické zráy vzniklé v přívodním kanálu a zráy řením v odváděcím kanálu 2 2 vok vpk H HHR Hzi i 2.g 2.g H HR H P....Q.H.g....Q.Y Skuečný výkon urbíny: o m o m o m [-] [-] [-] objemová účinnos (v usáleném savu) hydraulická účinnos urbíny mechanická účinnos urbíny Q 3-1 [m.s ] m Q. průok vody -1 Y [J.kg ] měrná energie Y H.g
Dynamický model urbíny Principielní schéma: Použié symboly: označení rozměr název veličiny A [m 2 ] průřez přivaděče L [m] délka přivaděče V, v [m/s], [p.u.] rychlos proudění kapaliny ξ [p.u.] poloha venilu (0-zavřeno,1-oevřeno) P, p [W], [p.u.] Výkon urbíny H, h [m], [p.u.] hydraulický (čisý) spád [m 3 /kg] objemová husoa K PQ, K Pv, K vh Konsany proporcionaliy s Laplaceův operáor pro čas M [Nm] krouící momen Q, q [kg/s] [m 3 /s] hmonosní průokové množsví objemové průokové množsví T w [s] Doba náběhu vody
Dynamický model urbíny Vzah pro výkon urbíny v p.u.: P o.. m..q.h.g..q.h.g K PQ.Q.H Podělením bázovými (jmenoviými) veličinami získáváme: P P Q H. P..Q.H.g Q H N N N N N a edy p q.h [p.u.] Nebo aké: P..A.V.H.g K.V.H Pv a obdobně p v.h [p.u.] Vzah pro rychlos proudění v p.u.: Závisí na zdvihu (poloze venilu) a na spádu: Celkově: v. h V. 2.g.H K vh.. H a edy v h 3 2 p v.h.h [p.u.] a q v [p.u.] 2 [p.u.] [p.u.]
Lineární model: Dynamický model urbíny Zjednodušení: uhý přivaděč, neslačielná voda, použielný pouze pro malé změny Z rovnosi sil: p dv LA. HHR H H g A d F dv dv g. VN h v p.u.: h. kde d d L. H T N wn dv d T wn g H. L VN. L LQ. N gh. gah.. N N Kde TwN je časová konsana, za kerou se při jmenoviém spádu HN urychlí voda na jmenoviou rychlos (průok) VN (QN). Typicky je TwN = 0,5 4 s. S použiím operáorů: Vyjádření diferenciálů: v v v v.. h h. s TwN p p p. v. h h 0 v 0 h 0 0
Dynamický model urbíny odud: 0 0 0 0 1.. v. h. v wn v v T s h h v v a 0 0 p... v wn p p T s v h parciální derivace: 0 0 0 0. 2. h v h h h 0 0 0. h v h 0 0 0. vh p h v v 0 0 0 0 0.. vh p v h h h
Dynamický model urbíny Výsledný přenos mezi výkonem urbíny a zdvihem: p p v TwN.. s.... p v h T s h. h h 0 0 0 v 1 T.. 1 T. s. wn s h pracuje-li urbína blízko nominálních paramerů, j. a je přenos: a výsledný model: 0 wn 0 0 0 0 wn 0 2. h0 p 1 TwN. s 10,5. T. s wn h 0 1 0 1 2 h 1/ TwN 1 s v p
Dynamický model urbíny Projevuje se důležiá vlasnos: Při rychlém oevírání dochází nejprve k poklesu výkonu (opačné změně!) Na urbíně a až poé k jeho navyšování. Rychlos proudění se vlivem servačnosi vody v přivaděči v prvním okamžiku nezmění (voda se posupně urychluje). Tlak na urbíně ale skokově poklesne a způsobí snížení výkonu.
Nelineární model: Dynamický model urbíny Zjednodušení: uhý přivaděč, neslačielná voda, oáčky a hrubý spád jsou kons. Využií: pro široký rozsah průoků h h 1/ TwN 1 s v p h 0 1
Dynamický model urbíny max regulační rozsah ideálního zdvihu min Vliv reálného zdvihu: 1 0 regulační rozsah g reálného zdvihu 1 min gmax Ve skuečnosi není spodní mez regulačního rozsahu reálného zdvihu není nulová, ale daná minimálním průokem vnl ( qnl ), při kerém je výkon urbíny nulový Vzah mezi ideálním a reálným zdvihem je: A. Ag kde je zesílení (zisk) urbíny A g max 1 g min g A 2 u h 1 h h 0 1/ TwN 1 s v v NL v NL A. g. p min 0 j.. Ag. h min
Dynamický reg. venilu Mechanismus oevírání venilu: Servomoor oevírá/uzavírá venil, rychlos oevírání venilu je omezena v gmin v gmax Venil může bý oevřen v rozsahu zdvihu g min g max Pro rychlos oevírání plaí dg d v g R servomoor Ka T. s1 a v g max v g 1 s g max g v g min g min Ka [-] zesílení servomooru Ta [s] časová konsana servomooru
Dynamický model regulace urbíny K I 1 s ref 1 K P R g K D s f T. s1 f K K s PID reguláor p ref p g
Dynamický model generáoru Pro roační sroj plaí v p.u.: J. GD. p p.... T.. 2 2 2 n n l m Sn 4. Sn Je-li 1 je možno psá p p. l T m p p l 1 T m 1 s p [-] činný výkon záěže T [s] l m mechanická časová konsana urbosousrojí
Vodní elekrárny Základní pojmy: Vodní sroj mění mechanickou energii vody (poenciální nebo kineickou) na mechanickou energii uhého ělesa (roující hřídel, pohybující se pís) nebo naopak mechanickou energii uhého ělesa na mechanickou energii vody Vodní moor mění mechanickou energii vody na mechanickou energii uhého ělesa Vodní čerpadlo přeměňuje mechanickou energii hřídele nebo písu na mechanickou energii vody Hydroalernáor přeměňuje mechanickou energii hřídele na sřídavý elekrický proud Moorgeneráor schopen přeměňova jak mechanickou energii na elekrickou, ak i opačně Vodní sousrojí celek vořený vodním srojem a hydroalernáorem nebo moorgenernáorem Součási VE: - vokový objek - přívodní porubí (přivaděč) - vyrovnávací věž (vyrovnávací komora) - přívodní porubí k urbíně - spirála - vodní urbína - savka - výokový objek (vývařišě, odváděcí kanál)
Přehrada: Prvky vodní elekrárny Vyrovnávací komora: Má za úkol vyrovna rázové hydrodynamické jevy související s uzavíráním armaur případně přechodnými elekrodynamickými jevy v sousrojí urbína-generáor Přehrada Křižanovice I (VE Práčov) Vyrovnávací komora v přivaděči k VE Práčov
Prvky vodní elekrárny Savka: Kónicky se rozšiřující porubí vedoucí pod hladinu vývařišě. Vyváří podlak na spodních čásech lopaek urbíny (u přelakových urbín). Tím dochází ke zvyšování relaivní rychlosi v oběžném kole rooru urbíny. Výsledná absoluní výoková rychlos ak poklesne a urbíně je předána věší energie. Turbína ak může využí, jinak zracený, zbykový spád, kerý zaujímá výškový rozdíl mezi urbínou a vývařišěm Spirála: Zajišťuje rovnoměrný příok do rozváděcích lopaek urbíny jednoduchá spirála dvojiá spirála
Vodní urbíny - eorie Idealizovaná Pelonova urbína: Voda véká do urbíny rychlosí c 1. Vzhledem k lopace oáčející se rychlosí u se voda pohybuje rychlosí v ak, že při opušění lopaky změní směr o 180. Objemový průok vody Q je konsanní a zráy řením se zanedbávají. Z bilance relaivních rychlosí je reakční síla na lopaku: 1 2.Q. c u R Výkon urbíny: P R.u 2.Q. c u.u Maximum výkonu nasane pro: dp 0 umax du 1 c1 2 Absoluní výoková rychlos je: c v u c u u c.u 2 2 1 12 Hydraulická účinnos urbíny je: 2 v v c u v c u 1 1 c 1 Relaivní rychlosi na lopace: 2 1 1 v v c u 2 1 1 P c c 1 2.u 1 zr 1 1 c2 PP max c 12. 0 a pro je 2 1 P c 2 přiv 1 u
Vodní urbíny - eorie Ve skuečnosi je děj složiější: jednolivé rychlosi se musí sčía vekorově v závislosi na vokovém a výokovém úhlu, obvodová rychlos se vlivem změny poloměru může měni, relaivní rychlos vody na oběžném kole se vlivem lakových změn aké mění Obecně plaí Eulerova urbínová věa: Y c.u c.u u u 1 1 1 2 2 2 přidáme-li ješě měrnou energii zmařenou průchodem urbínou na eplo: Y c.u c.u Y id u u 1 1 1 2 2 2 Hydraulická účinnos je poom: Y Y id zr
Vodní urbíny - eorie Z hlediska přeměny energie dělíme urbíny na: - rovnolaké - reakční U rovnolakých urbín: Voda vsupuje do rozváděcích lopaek, kde se její laková energie mění na kineickou. Správným zakřivením lopaek získává voda opimální směr pro vsup do opačně zakřivených oběžných lopaek urbíny. Voda véká do oběžného kola už za amosférického laku. Tlak vody je ak po celé dráze oběžného kola konsanní a relaivní rychlos vzhledem k rooru mění pouze svůj směr, ale nikoli velikos. Po předání značné čási své kineické energie vyéká voda se zbykovou rychlosí. U reakčních urbín: Voda vsupuje do rozváděcích lopaek, kde se její laková energie mění na kineickou a vsupuje do oběžných lopaek. Díky použií savky vzniká ale rozdílový lak před a za oběžnými lopakami. To se projeví ím, že vlivem posupného úbyku laku vody na oběžném kole rose její relaivní rychlos (laková energie se mění na kineickou). Tím se sníží výsledná absoluní výoková rychlos a zužikuje se spád od lopaek urbíny k vývařiši. Pozn. Rozdělení na rovnolaké a reakční urbíny je edy sejný jako u parních urbín. Voda je ale na rozdíl od páry (éměř) neslačielná a plaí pro ni rovnice koninuiy
Vodní urbíny - eorie Rovnolaká urbína: Reakční urbína: u 1 u 1 v 1 c 1 v 1 c 1 v 2 u 2 v 2 u 2 c 2 c 2 c [m.s -1 ] v 1 [m.s -1 ] 1-1 u [m.s ] voková absoluní rychlos vody voková relaivní rychlos vody obvodová rychlos rooru Pozn. "relaivní" = vzhledem k poloze rooru c [m.s -1 ] v 2 [m.s -1 ] 2 výoková absoluní rychlos vody výoková relaivní rychlos vody
Vodní urbíny - konsrukce Typy urbín používaných ve VE: - Bánkiho - Kaplanova - Francisova - Pelonova Volba urbín dle rozsahu průoku a spádu: Bánkiho urbína Kaplanova urbína Francisova urbína Pelonova urbína
Vodní urbíny - konsrukce Volba urbín dle rozsahu oáček a spádu: Typ urbíny provedení n s Pelonova s jednou dýzou 4-35 s dvěma dýzami 17-50 se čyřmi dýzami 24-70 Francisova pomalubežná 80-120 normální 120-220 rychlobežná 220-350 expresní 350-450 Kaplanova 450-1000
Bánkiho urbína Popis: - rovnolaká urbína - A.G.M. Michel (1903), pro prakické použií ji dopracoval maďarský profesor D. Banki v r.1918 - voda přiváděna k urbíně porubím kruhového průřezu - před urbínou mezikus měnící kruhový průřez na obdélný, na jeho konci klapka (regulace) - voda předává lopakám urbíny energii ve dvou mísech - při prvním průoku lopakami se urbíně předává asi 79%, při druhém asi 21% z celkového výkonu urbíny - plně je využiý spád H, čásečně i spád H 2 výškový rozdíl mezi oběžným kolem a spodní hladinou H zr je spád zracený Použií - pro malé průoky a malé a sředně velké spády - cenově příznivé řešení H H 2 H zr D d činný spád spád v kole výška naz spod. vodou (zráová) vnější průměr kola průměr, kde končí lopaky
Francisova urbína Popis: - reakční urbína - J. B. Francis (1848) - díky sacímu efeku využívá urbína celý spád i když je oběžné kolo nad hladinou vývařišě - dvě variany uložení hřídele: verikální a horizonální Horizonální provedení - urbína je umísěna ve sěně urbínové kašny naplněné vodou - voda vniká z kašny do regulovaelných rozváděcích lopaek po celém obvodu urbíny - urbína ve sěně kašny je vysoko nad spodní hladinou -> kolenová savka - koleno může bý vedeno uvniř kašny mokrá savka - nebo srojovnou suchá savka Verikální provedení - urbína je umísěna na dně urbínové kašny naplněné vodou - hřídel vede svisle vzhůru do srojovny - nehrozí její zaplavení - voda vniká z kašny do regulovaelných rozváděcích lopaek po celém obvodu urbíny - voda je z urbíny odváděna savkou, kerá vyváří podlak přenášející se na odokovou sranu oběžného kola Regulační věnec Francisovy urbíny Francisova urbína v provedení horizonálním s mokrou savkou
Francisova urbína Francisova urbína v provedení horizonálním se suchou savkou Použií - pro sředně velké spády a věší množsví proékající vody - Francisova reverzibilní urbína vhodná do PVE - dosahované účinnosi 75 90% Francisova urbína v provedení verikálním
Kaplanova urbína Popis: - reakční urbína - V. Kaplan (1912-13) - vylepšená Francisova urbína, liší se ím, že oběžné kolo má vrulový var s nasavielnými lopakami - ypická účinnos nad 90% v širokém rozmezí průoků (max. až 95%) - ze všech urbín dosahuje nejvyšších jmenoviých oáček - Kaplan-S: regulace naočení rozváděcích i oběžných lopaek - Semi-Kaplan: regulace naočení pouze oběžných lopaek Turbína ypu Semi-Kaplan Regulační prvky Kaplanovy urbíny
Kaplanova urbína Použií: - vodní oky s proměnlivým průokem (výhoda dvojié regulace) - věší pořizovací náklady a nákladnější údržba (nevýhoda dvojié regulace) - vhodné pro velké průoky a menší spády Turbína ypu Kaplan-S Srovnání lakových a rychlosních poměrů u Kaplanovy a Francisovy urbíny
Pelonova urbína Popis: - rovnolaká urbína - L. A. Pelon (1880) - voda je přiváděna k urbíně porubím kruhového průřezu, keré vede k jedné nebo více dýzám - z dýzy vyéká voda rychlosí c 1, voda vsoupí angenciálně do oběžného kola osazeného lžícoviými lopakami (parciální angenciální osřik) - bři uprosřed lopaek rozdělí paprsek na dvě poloviny a lžícoviý var lopaky se snaží ooči směr ekoucí vody zpě - vzájemným souběhem rychlosi vody ekoucí po lopace při současném oáčení oběžného kola obvodovou rychlosí u dojde k omu, že voda opouší lopaky na vnější sraně s minimální zbykovou rychlosí c 2 - Účinnos u malé urbíny 80 až 85%, u velké 85 až 95% - Plně je využiý spád H, Výškový rozdíl H zr je zracený a energeicky nevyužiý Použií: - Pro malé množsví vody ve velkých spádech - není náchylná ke kaviaci, odolná proi oěru pískem - na menších spádech dává příliš malý poče oáček a vyžaduje převodovku Regulační dýzy Pelonovy urbíny
Kaviace Vznik kaviace: Kaviace (z lainského cavias - duina) je vznik duin v kapalině při lokálním poklesu laku, následovaný jejich implozí. Pokles laku může bý důsledkem lokálního zvýšení rychlosi (zv. hydrodynamická kaviace), případně průchodu inenzivní akusické vlny v periodách zředění (akusická kaviace). Kaviace je zpočáku vyplněna vakuem, později se vyplní párou okolní kapaliny nebo do ní mohou difundova plyny z okolní kapaliny. Při vymizení podlaku, kerý kaviaci vyvořil její bublina kolabuje za vzniku rázové vlny s desrukivním účinkem na okolní maeriál. Projevuje se zejména u přelakových urbín, nejčasěji se vyskyuje v oběžném kole, u něhož dochází až k poruše maeriálu. Kaviaci doprovází mísní ohřáí, akusické jevy, vibrace a luminiscence. Při zanikaní bublin se kaviační duiny vysokou rychlosí (až 300 m s -1 ) vyplňují okolní kapalinou. Teno implozivní zánik duin vyvolává lakové vlny a hydrodynamické rázy, dosahující hodnoy až 10 3 MPa příčina hluku a kaviační koroze. Vznik duin (bublin) při poklesu laku pod lak syé páry může vés až ke zničení urbíny. Ukázka působení kaviace
Předcházení kaviaci: zvyšování laku nad lak nasycených par = řízené poušění vzduchu (Pa) do kaviačních oblasí, vhodné vary a maeriály. Kaviace Fakory ovlivňující kaviaci: obsah plynů v kapalině Při snížení laku dochází k vylučování vzduchu z kapaliny do vzduchových bublin. V kapalinách, ve kerých při normálním laku nejsou bubliny vidielné, vznikají kaviační duiny až při poklesu mísního laku přibližně na hodnou laku syé páry při dané eploě. Tyo duiny jsou vyplněny převážně syou párou kapaliny. eploa a lakové poměry Se vzrůsající eploou kapaliny se zvěšuje poče vznikajících kaviačních duina zároveň se zvyšuje lak nasycených par, akže vznikající duiny mají menší objem. Tyo jevy působí na inenziu kaviačního opořebení proichůdně. Průběh kaviačního poškození v závislosi na eploě má lokální maximum při určié eploě, u vody je o v rozmezí asi 45 až 50 C, asi při 80 C je již inenzia poškození prakicky nulová. Důležiým fakorem je aké rozdíl mezi vnějším lakem a lakem nasycených par. Čím je eno rozdíl věší, ím inenzivnější je kaviační opořebení. povrchové napěí a viskozia kapaliny Povrchové napěí kapaliny má výrazný vliv na velikos kaviačních duin. Čím je věší povrchové napěí, ím věší duiny vznikají za jinak sejných podmínek. Věší duiny znamenají věší inenziu kaviačního opořebení. Viskozia kapaliny má vliv na rychlos růsu kaviačních duin. Podle současných předsav však se vliv viskoziy uplaňuje především ěsně před zánikem kaviační duiny a o ak, že snižuje rychlos, s jakou kapalina vniká do duiny při její implozi Mechanismus kaviačního opořebení
Přehled nejvěších VE v ČR Š špičková, PŠ pološpičková, PR průočná F Francisova urbína, K Kaplanova urbína, FR Francisova reverzní urbína