Физика, математика және ақпараттық технологиялар факультеті
жүктеу/скачать 0,82 Mb.
|
гэс 20.03
~$зақ тілі мен әдебиеті тапсырмалары, биологияяя, 81 сабақ. Санның бөлігін және бөлігі бойынша санды табу, работа, раоао
| 1.2 Бөгетсіз микро-ГЭС
Бөгетсіз шағын су электр станцияларының артықшылығы олардың арзандығы мен орнатудың қарапайымдылығында. Кемшіліктерге мыналар жатады: салыстырмалы түрде төмен өнімділік, өзен жағалары мен өзен тереңдігі арасында жеткілікті қашықтық болу қажеттілігі; өзгермелі нысандармен соқтығысқан кездегі зақым; су қоймасының мұздануына байланысты қыста пайдалану проблемасы. Гирляндты мини-ГЭС-бұл электр генераторы үшін су білігіне айналатын 10-15 мм болат кабельге тізбектелген және бекітілген пропеллерлердің жарты метрлік дөңгелектері. Кабель бір жағадағы металл тірекке мойынтірек қосылымымен бекітіледі, ал екінші жағынан генератор роторының білігіне бекітіледі. Өзендегі есептеулер бойынша шамамен 2,5 м/с жылдамдықпен гирляндиялық микро-ГЭС-тің әрбір гидроагрегаты орта есеппен 1,5-тен 2 кВт-қа дейін өндіреді. Гирлянд гидроэлектростанциясының кемшіліктері: жоғары материал сыйымдылығы; төменкпд; өзен бойымен жүруге кедергі жасау. Жеңдік микро-ГЭС, өткен ғасырдың 70-жылдарында гирляндты гидроэлектростанциямен бір мезгілде әзірленді. Олардың артықшылығы-шағын су объектілерін пайдалану мүмкіндігі. Суды алу конустық құбырдың көмегімен жүзеге асырылады, оның кең жоғарғы жағы ағынның ең жылдам бөлігіне жеткізіледі, ал оның төменгі бөлігінде гидротурбина орналасқан. 2000 жылы жеңді микро-ГЭС-ті сериялық шығаруды жолға қоюға әрекет жасалды, алайда оларға сұраныс аз болды 2003 жылы австриялық инженер Франц Цотлетерер жасаған құйынды микро-ГЭС Еуропа мен Ресей кәсіпкерлерінің назарын аударды. Бұл микро-ГЭС құйынды гидроэлектростанциялардың алғашқы жобаларына негізделген, яғни тиімділіктің екі есе өсуі – алдыңғы 35-40% - ға қарағанда 76-80%. Австриялық өнертапқыш судың бір бөлігін ағыннан жағалау бойында салынғпн бетон шұңқырға апарғанын 1.4 суреттен көруге болады. Арна бетон цилиндрмен аяқталады,оның төменгі жағында шығатын саңылауы бар. Су цилиндрге тангенс арқылы енеді және ауырлық күшіне Бағынып, төмен қарай бұралып, спиральға айналады. Орталықта орналасқан Турбина 30-ға дейін бұрылыспен айналдырыладыб / мин. биіктігі 1,3 м және су шығыны 0,9 м3/с болатын ағынға салынған микро-ГЭС-те максималды қуаты 9,5 кВт, бір жыл ішінде өндіріс шамамен 35000 кВт/сағ. судың тұрақты айналуының нәтижесінде гравитациялық-құйынды гидроэлектростанция қыста дұрыс жұмыс істейді, ал бетон цилиндрінің шеттерінде пайда болған мұз қабығы орталықтағы судың салқындауына жол бермейді. Бұл құйынды микро-ГЭС-тің кемшіліктері оның құнына байланысты, ол бетон жұмыстарын ескере отырып ,100 000 доллардан асады, сонымен қатар 150 кВт-қа дейінгі шектеулі қуат. Бұл жобада орыс өнертапқышы Леневтің бөгетсіз гидроэлектростанциясы (БГЭС) толығырақ қарастырылады. Мұндай электр станциясының жалпы көрінісі 1.5 суретте көрсетілген. БГЭС дизайны екі қатарлы тегіс, түзу көмір жүздеріне негізделген, олардың әрқайсысы осьпен бір-біріне тең емес бөліктерге бөлінген, олардың үлкені су ағынының бағытына кері шығады. Орталықтың мұндаймещысуы иық пышақтарының айналасындағы турбуленттілікті азайтады, олардың осьтік түйреуіштері тізбектердің жоғарғы және төменгі жағында бекітілген. Су ағынының әсерінен оларға бекітілген пышақтары бар тізбектер айналады, жұлдыз дөңгелектерінің көмегімен тігінен орналастырылған екі білік қозғалады. Әрі қарай олардың аралық білік пен муфтаның механикалық энергиясы гидрогенераторға хабарланады. Пышақтардың осьтері сақинаға тұйықталған икемді элементтерге бекітіледі,мысалы, арматураны беретін тізбектер25-50 мм диаметрі 500-350 мм жұлдызшалар арқылы 2 тік білік.біліктер 30-60б/мин жылдамдықпен айналады. біліктерді бекіту мойынтіректердің көмегімен жүзеге асырылады.Тізбек арнайы роликтердің көмегімен ағынға қатысты перпендикуляр күйде үнемі сақталады. Қозғалатын судың механикалық энергиясы электр генераторына беріледі. Пышақтардың көлбеу бұрышы -ге тең таңдалады. Кішісін таңдағанда, қалақтардағы ағынның реттелуі боладыөңдеу, ал бұрыштың ұлғаюы -ден асады-бір қондырғыға гидравликалық қарсылық күрт артады. 1.5-суретте келтірілген эксперименттік қондырғының өлшемдері: ұзындығы–1250 мм, ені–1200 мм, тереңдігі-700 мм, өзеннің көлемі құрайды. Өлшемі 50х20 см болатын пышақтың ауданы 1000 құрайды. БГЭС келесідей жұмыс істейді. БГЭС ағынға қарай фронтальды орналасқанда, 5 қалақтардағы ағын қысымы күштерінің көлденең құрамдас бөлігі 2 біліктерге орнатылған 3 тісті доңғалақтарды сағат тілімен айналдыратын 4 тізбекті қозғалтады. Бұл жағдайда пышақтар артқы жиегімен 6-бағыттаушы бойымен қозғалады, бұл пышақтың орналасу бұрышын ағын бағытына тұрақты ұстауға мүмкіндік береді. 4-тізбектің төменгі позициясында 6-бағыттаушының 1-корпуста сыртқы орналасуына байланысты 5-жазықтықтар да ағын бағытына фронтальды болып шығады. Бұл жағдайда 3 жұлдызшалар 2 біліктерін айналдырады, олардың біреуі электр генераторына қосылған. Иілгіш элементтегі пышақтардың болжамды санының арқасында әрбір алдыңғы пышақ жұбы арасында өткен Орта ағыны ағынға фронтальды орналасқан төменгі пышаққа түседі. Сонымен қатар, өзендегі бөгеттерді өсірудің қажеті жоқ, өйткені тамшы табиғи түрде орнатудан кейінгі ортаның бүйірлік ағынына байланысты теңестіріледі. Рамалық құрылым түрінде жасалған 1 корпусқа бірнеше параллель орнатылған секцияларды орналастырған кезде (бір жақтауда кем дегенде 3 секцияны қою ұтымды) олардың іргелес кеңістігінде бұрылыстар (қарсы ағындар) пайда болады, олар ағынға гидравликалық кедергіні күрт арттырады және сәйкесінше қысым айырмашылығын тудырады (сурет.төменгі жағында жіңішке сызықтар Торус бөліміндегі элементтерді көрсетедіолар бірінші бөлімнің пышақтарымен қалыптасқан орта ағыны келеді). Нәтижесінде, қондырғы ішіндегі өзеннің төмен жылдамдығында да (бөлімдер арасында) ағынның жылдамдығы айтарлықтай артады. Бұл өзенде немесе өзенде электр станциясының айтарлықтай қуатын алуға мүмкіндік береді. Өзендердегі су ағынының орташа жылдамдығындағы 2 қондырғының білік айналымдарының саны өте төмен (45-60 айн/ мин). Сондықтан Генераторды басқару үшін I=50 коэффициенті бар стандартты редукторларды сәтті пайдалануға болады. Төмен айналу жылдамдығына және суды майлауға байланысты үйкеліс беттерінің тозуы өте шектеулі, бұл қондырғылардың жұмысын жеңілдетеді және оларды берік етеді. Барлық айқын сындарлы қарапайымдылығымен және сенімді репродуктивтілігімен сипатталған Даму жоғары ғылымды қажет етеді. Секциялары бір-бірімен өзара әрекеттесетін қондырғы қалақтарының өте ерекше гидравликасы түсіндіруді қажет ететін бірқатар сұрақтар туғызады. Мысалы, бір жағынан жағаға кабельмен байланған қалқымалы жұмыс қондырғысы ағынның бағытына перпендикуляр болып, ағынмен ашылмайды. Пышақтардың артқы жағында пайда болатын вакуумдық аймақтар олардың алдыңғы бөліктеріндегі ағын қысымын өтеуі керек. Эксперименталды түрде расталған есептеулер өзендегі судың жылдамдығы 1 м/с болғанда, жоғарыдағы өлшемдері бар қондырғы N = 10,5 кВт, яғни жеке коттеджге немесе шағын фермаға жеткілікті қуат алатындығын көрсетеді. Тәжірибе көрсеткендей, БГЭС-ті пайдалану айтарлықтай шығындарға әкелмейді, бұл оның жоғары рентабельділігіне мүмкіндік береді. Қуаты 10 - 20 кВт қондырғының шамамен құны 600 мың теңгеден аспайды., яғни, белгіленген қуаттылықтың 1 кВт-қа жұмсалатын шығындар 30 мың теңгені құрайды, бұл жобаланатын ГЭС-ке қарағанда біршама аз. Микро-ГЭС-тің экологиялық тазалығын да атап өту қажет. Егер жұмыс істеп тұрған электр станцияларының турбиналары оларға түскен балықты құртып жіберсе, онда Лунев қондырғысы балықтардың үйірлерін тыныш өткізеді. Эксперименттік қондырғылардың нәтижелерін алдын-ала талдау олардан алынатын электр энергиясының есептік мәндерден асып түсетіндігін көрсетеді. Мұндай дизайнды енгізудің орындылығы айқын: 1. ЖЭК қолдану, яғни өзендердегі судың қозғалысы; 2. Тіпті өте шалғай елді мекендерде де БГЭС-ті автономды пайдалану мүмкіндігі; 3. Бүкіл өзенді қоршаудың қажеті жоқ, ағынның 1-10% - использовать пайдалану жеткілікті болады. 4. Бұл қондырғы жоғары білікті мамандарды қажет етпейді. Инженерлер тобы ағынды судың қысымсыз ағынынан қуат алу үшін гидравликалық турбинаны жасады. Алайда, оның қуатын өлшеу кезінде кенеттен ол есептеулерге қарағанда көп энергия беретіні белгілі болды. Қозғалатын су ағынының кинетикалық энергиясы бар екені белгілі, оны осы ағыннан алуға болады. Сондықтан турбинаның жұмыс органының шығысындағы су ағынының жылдамдығы кіріс органына қарағанда аз және дәл осы айырмашылық қондырғының тиімділігін анықтайды. Кинетикалық энергия жылдамдықтың квадратына пропорционал екенін және жылдамдықтың төмендеуімен, мысалы, энергияның 4-те 2 есе азаятындығын ескере отырып, турбинаға кіретін су ағынының жылдамдығы 1м/С және шығыс жылдамдығы 0,5 м/с болғанда, біз оны есептей аламыз ағынның кинетикалық энергиясының 75% - ы бар. Еркін ағынды турбиналардың қуаты жартылай эмпирикалық формула бойынша есептеледі: P = K · V 3 · S · p (1.1) мұндағы: V-кіріс ағынының жылдамдығы, S-ағын арқылы турбинаның тиімді қимасының ауданы, p-қозғалатын ортаның тығыздығы, K-турбина түріне байланысты және әдетте 0.1 сағ 0.35-ке тең тұрақты коэффициент. Бұл формула уақыт бірлігіндегі ағынның кинетикалық энергиясы болып табылады, өйткені ( ) бұл секундына турбина арқылы өтетін судың массасы және (1.1) формуласы бізге таныс көріністі алады: E = m · V 2 / 2 = ( V · S · p ) · V 2 / 2 (1.2) Шығыс ағынының жылдамдығы төмендеген кезде, сәйкес ағынның үздіксіздігі шарттары оның ауданы ұлғаюы керек. Бұл турбинадан шығатын ағынның біркелкілігінің нашарлауына, турбуленттіліктің жоғарылауына әкеледі, бұл қондырғының тиімділігіне нашар әсер етеді. Дәстүрлі турбиналарда осы факторлардың зиянды әсерін азайту үшін кейде кеңейетін конустар орнатылады. Формуланың K эмпирикалық коэффициентіне (1.1) кинетикалық энергия формуласының бөлгішінен екі, турбинаның гидравликалық және механикалық тиімділігі, Шығыс ағынының біркелкі потеристігі мен турбуленттілігінің жоғалуы және т.б. кіреді, сондықтан ол 0.3-тен аспайтын мәндерді қабылдайды. Бұл коэффициент белгілі бір турбинаны заттай сынау арқылы эмпирикалық түрде өлшенеді.Көбінесе бұл коэффициент деп те аталады Kiev – су ағынының энергиясын пайдалану коэффициенті. Көлемі 1м х 1м х 1м болатын текше метр суды елестетіп көрейік, 1м / с жылдамдықпен қозғалады. Оның кинетикалық энергиясы күмән тудырмайды: Ek = m · V 2 / 2 = 1000(кг) · 1(м/с) 2 / 2 = 500 (Дж) (1.3) Сонымен қатар, судың жоғарғы қабаттарының төменгі қабаттарына, яғни потенциалдық энергияға қысымы бар. Бұл текшенің масса центрі оның биіктігінің жартысында, яғни h = 0.5 м екенін ескере отырып, ол: Ep = m· g · h = 1000(кг) · 9.8 (м/c2) · 0.5(м) = 4900 (Дж) (1.4) Осылайша, бұл текше метр судың потенциалдық энергиясы оның кинетикалық энергиясынан шамамен 10 есе көп. Жоғарыдағы су көлемін баяулату арқылы біз одан кейінгі жылдамдықты арттырамыз. Нәтижесінде олардың арасында деңгейлерде айырмашылық пайда болады және осы деңгейлердегі айырмашылықтың потенциалдық энергиясы пайда болады, оны ағыннан алуға болады. Мысалы, 1.6-суретте көрсетілген схема түріндегі машинаны қарастырыңыз,, бұл кіріс ағынынан энергияны ішінара алу арқылы шығатын су ағынын жылдамдатуға мүмкіндік береді. Яғни, бұл кіріс және шығыс ағындарының энергиялары арасындағы оң кері байланысы бар машина. Айтпақшы, дәл осы принцип бойынша жұмыс істейтін машина ойлап табылды. Дәл осы әңгіме басталды. 1.6-суретке түсініктемелер: 1-кіріс су ағынының жұмыс элементтері; 2-Шығыс су ағынының жұмыс элементтері; 3-арасындағы оң кері байланысты қамтамасыз ететін жұмыс элементтері кіріс және шығыс су ағындары; 4-судың кіріс ағынының Горизонт деңгейінің белгісі; 5-судың шығыс ағынының Горизонт деңгейінің белгісі; 6-арнаның түбі; H1-судың кіріс ағынының тиімді тереңдігі; H2-судың шығыс ағынының тереңдігі; V1-судың кіріс ағынының жылдамдығы; V2-судың шығыс ағынының жылдамдығы; h-судың кіріс және шығыс ағындарының деңгейінің төмендеуі; Орнатудың жұмыс принципі-кіріс ағынының жұмыс органдары 1 кинетикалық энергияның бір бөлігін ағыннан алады және оны кері байланыс арқылы 3 Шығыс ағынының жұмыс элементтеріне 2 жібереді, бұл Шығыс ағынын одан әрі жеделдетеді. Қондырғыға кіретін су ағыны шығысқа тең болғандықтан және ағынның жылдамдығы кіріс ағынына қарағанда жоғары болғандықтан, Шығыс ағынының көлденең қимасы кіріс ағынына қарағанда аз болады. Демек, оның H2 тереңдігі H1 кіріс ағынының тереңдігінен h шамасына аз болады, нәтижесінде кіріс және шығыс ағындарының Горизонт деңгейлерінің айырмашылығының потенциалдық энергиясы пайда болады. Математикалық тұрғыдан мыналарды бөліп көрсетуге болады: g-ауырлық күшінің үдеуі 9.8 м/ ; p - ағымдағы ортаның тығыздығы (кг/ ) ; L-ағын арқылы орнатудың сызықтық ұзындығы (тиімді ағын ені), (м); H1-кіріс ағынының тиімді тереңдігі (м); H2 - Шығыс ағынының тереңдігі (м); V1-кіріс ағынының жылдамдығы (м / с); h-ағымдағы ортаның кіріс және шығыс ағындары деңгейінің төмендеуі (м); V2 - Шығыс ағынының жылдамдығы (м/с); K1-кіріс ағынының кинетикалық энергиясы (Дж); K2 - Шығыс ағынының кинетикалық энергиясы (Дж); P1-кіріс және шығыс ағындары деңгейінің төмендеуінің потенциалдық энергиясы (Дж); E1-кіріс ағынының жалпы энергиясы (Дж); E - пайдалы ағын энергиясы (Дж); Кіріс ағынының тиімді ауданы ( ): S = L · H1 (1.5) Ағын су шығыны ( ): Q = S · V1 (1.6) Қондырғы арқылы ағатын судың массасы, уақыт бірлігінде (кг): M = Q · p (1.7) Кіріс ағынының кинетикалық энергиясы (Дж): E1 = M · V12 / 2 (1.8) Кіріс және шығыс ағындарының деңгейлерінің айырмашылығынан алынған потенциалдық энергия (Дж): Ph = M · g · h (1.9) Шығыс ағынының жылдамдығы (м / с): V2 = Q / ( L ·H2 ) (1.10) Пайдалы энергия (Дж): E = K1 + Ph – K2 (1.12) Қондырғының жалпы энергиясы: бъеф деңгейлерінің айырмашылығының потенциалдық энергиясы және кіріс ағынының кинетикалық энергиясы минус кіріс кинетикалық энергиясы. Немесе жалпы түрде:
1 1 1 E = M · ( g · h + (V 2 · (1 - (H / (H - h)) 2 ) / 2 (1.13) Немесе E = M · ( g · H1 · (1 - V1 / V2) + (V1 2 - V2 2 ) / 2) (1.14) мұндағы M-уақыт бірлігінде қондырғыға кіретін судың массасы, судың тығыздығы кіріс ағынының белсенді ауданына көбейтіліп, оның жылдамдығына көбейтіледі. Теңдеуде сол жақ бөлігі h-ге немесе үшін гиперболаға байланысты сызықты түрде өседі, ал оң жағы парабола бойынша төмендейді. Біз энергияның h деңгейлерінің айырмашылығына тәуелділігін саламыз. График кіріс жылдамдығының әр түрлі шамалары үшін оны тұрақты деп қабылдаймыз. Кіріс ағынының әртүрлі жылдамдықтарындағы энергияның деңгейлік айырмашылыққа тәуелділігі 1.7-суретте айқын көрсетілген.Келтірілген энергияның деңгейлік айырмашылыққа тәуелділік графигі 1.7-суретте көрсетілгендей экстремумға ие.. Сонымен қатар, жоғары тармақта энергия балансы оң болады (қуат коэффициенті > 1), яғни алынған потенциалдық энергия кинетикалық Шығыс ағынын жеделдетуге жұмсалатыннан көп болады. Осы жерден қондырғы максимумға жеткенше өздігінен үдетілетінін көруге болады. Осы кезде қондырғы шығаратын Энергия кіріс ағынының кинетикалық энергиясынан бірнеше есе көп болады. Бұл жағдайда Шығыс ағынының жылдамдығы кіріс ағынының жылдамдығынан едәуір жоғары болады, демек, Шығыс ағынының кинетикалық энергиясы кіріс ағынының кинетикалық энергиясынан бірнеше есе жоғары болады. жүктеу/скачать 0,82 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|