Strutture idrauliche di microcentrali idroelettriche. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Tutti i tipi di centrali idroelettriche comprendono strutture idrauliche, idromeccanico и materiale elettrico. Le strutture idrauliche servono a creare le condizioni per il funzionamento delle apparecchiature elettromeccaniche di una centrale idroelettrica e comprendono (a seconda del tipo e del layout della centrale idroelettrica) una struttura di presa dell'acqua; canale di derivazione; piscina a pressione e conduttura; dispositivi di protezione da detriti e ghiaccio; diga; scarico e altro ancora. Le apparecchiature elettromeccaniche convertono l'energia idrica in energia elettrica e comprendono un'unità idraulica (turbina idraulica e idrogeneratore), centraline idriche ed elettriche.

La presa d'acqua è progettata per deviare il volume (flusso) d'acqua richiesto dal letto principale del fiume in un canale di deviazione o direttamente in un bacino a pressione (Fig. 12). Oltre a garantire una fornitura ininterrotta di acqua all'unità idraulica nella quantità e al momento richiesti, protegge dall'ingresso di ghiaccio, fanghiglia, sedimenti, ecc.

I fanghi sono accumuli sciolti di ghiaccio prima che il ghiaccio si formi quando l'acqua si raffredda al di sotto di 0°C. A seconda della quantità di ghiaccio, i fanghi mantengono la loro capacità di scorrere come l'acqua o perdono questa capacità a causa della congestione. Qualunque sia la quantità di fango presente nell'acqua, la sua fluidità diminuisce. Se è presente una grande quantità di fango, la sezione vivente del fiume può intasarsi, provocando un notevole accumulo di fango. In questo caso, il livello dell'acqua potrebbe aumentare. I fanghi creano notevoli difficoltà nel funzionamento delle strutture idrauliche, intasando le teste riceventi delle prese d'acqua, che devono essere pulite e riscaldate.

Fig.12. Schema della struttura di presa d'acqua

Fig.12-1. Struttura di presa d'acqua di una micro centrale idroelettrica nel villaggio di Balbay, distretto di Tyup

È molto importante che la presa d'acqua operi a tutti i livelli di flusso d'acqua, dal livello più basso a quello di piena. Deve inoltre proteggere le apparecchiature delle micro centrali idroelettriche da limo, sabbia, ghiaia o altri detriti trasportati dalla corrente. La corretta progettazione delle prese d'acqua è un fattore decisivo per il funzionamento dell'intera microcentrale idroelettrica.

Il canale di deviazione serve per fornire acqua dalla presa d'acqua al bacino a pressione (Fig. 13 e 13-1). Il canale deve avere una pendenza su tutta la sua lunghezza per garantire il naturale deflusso dell'acqua. Il canale di deviazione può avere qualsiasi lunghezza: da zero (se la conduttura in pressione inizia dalla presa d'acqua) a diversi chilometri.

I canali di deviazione più economicamente validi sono canali aperti perché possono essere costruiti con una pendenza bassa e una sezione trasversale ampia e quindi comportano basse perdite di carico d'acqua.

Figura 13. Canale di deviazione di una microcentrale idroelettrica nel villaggio di Balbay, distretto di Tyupsky Balbay, distretto di Tyupsky (vista della struttura di presa dell'acqua)

Fig.13-1. Canale di deviazione di una microcentrale idroelettrica nel villaggio di Balbay, distretto di Tyupsky Balbay, distretto di Tyupsky (vista del bacino pressurizzato)

Il bacino di pressione serve per fornire uniformemente acqua alla tubazione di pressione (Fig. 14 e 14-1). Garantisce che la tubazione in pressione sia inondata d'acqua (per evitare intrappolamenti d'aria e, di conseguenza, colpi d'ariete sulla turbina) e la modalità di alimentazione idrica alla tubazione, regolando il volume variabile del flusso d'acqua. L'acqua nella piscina a pressione deve essere calma, senza frangenti o turbolenze. L'apertura della tubazione in pressione deve essere sempre allagata con acqua (la distanza minima dall'apertura della tubazione in pressione al livello superiore dell'acqua deve essere di almeno 30-40 cm).

Il colpo d'ariete (colpo d'ariete) è un aumento di pressione in una tubazione in pressione causato da un rapido cambiamento nella velocità del flusso d'acqua in un periodo di tempo molto breve. Può verificarsi a causa della chiusura o dell'apertura improvvisa della valvola, nonché dell'intrappolamento di aria dalla piscina a pressione o dal tratto di uscita. Il colpo d'ariete può danneggiare una turbina idraulica, una tubazione o altri elementi di una centrale idroelettrica.

Fig.14. Schema del bacino in pressione (piano)

Fig.14-1. Schema del bacino in pressione (sezione)

Nella vasca a pressione sono installati: una griglia trattenimento detriti (per proteggere la turbina da detriti, sassi, rami, ecc.); un cancello per regolare il flusso dell'acqua nella tubazione in pressione e un cancello per lo scarico di acqua e sedimenti. La dimensione della piscina a pressione viene solitamente determinata in base alle specifiche della turbina.

Figura 15. Bacino pressurizzato dell'ex centrale idroelettrica Pioner, distretto di Ak-Suu, regione di Issyk-Kul.

La tubazione in pressione serve per fornire acqua dalla piscina a pressione all'unità idraulica (Fig. 16). Può essere metallo, cemento-amianto, plastica, legno. Il diametro della tubazione deve corrispondere rigorosamente al flusso d'acqua. La condotta in pressione può essere interrata in una trincea, posata a terra o appoggiata su supporti.

Fig.16. Componenti principali di una micro centrale idroelettrica

Alcuni progetti di microcentrali idroelettriche prevedono l'installazione di un autoclave sulla tubazione in pressione (Fig. 17) per mitigare eventuali colpi d'ariete. Si consiglia di posizionare il vaso di espansione più vicino alla centralina idraulica; in questo caso la pressione durante il colpo d'ariete è minore, ma è necessario installare il serbatoio ad un'altezza maggiore, il che può aumentare il costo della struttura.

Fig.17. Diagramma del serbatoio di emergenza

Il canale di scarico è progettato per drenare l'acqua dal tratto di scarico nel fiume. Il luogo in cui l'acqua scorre nel fiume deve essere rinforzato con cemento o pietra per prevenire l'erosione di questo luogo. In alcuni casi (a seconda del progetto della centrale idroelettrica), all'uscita delle acque reflue dal tratto di scarico, è necessario costruire uno smorzatore (Fig. 18), che crea la pressione dell'acqua necessaria per:

• protezione contro il colpo d'ariete inverso (aria che entra nella camera della turbina dal condotto di uscita);
• funzionamento del tubo di aspirazione in alcuni modelli HPP;
• riducendo l'energia cinetica inutile delle acque reflue e proteggendo il canale di scarico dal dilavamento dell'acqua.

La serranda può essere realizzata o costruita in cemento armato o calcestruzzo, nonché con materiali disponibili (pietre, ecc.).

Autori: Kartanbaev B.A., Zhumadilov K.A., Zazulsky A.A.

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