Tehnologii moderne și producție
Baraje și rezervoare. Roți de apă
Omul a învățat să construiască digurile de foarte mult timp: cel mai vechi baraj din piatră din Egipt a fost construit în mileniul IV î.Hr. e. Barajele erau necesare pentru amenajarea rezervoarelor, de unde apa era alimentată pe câmpuri. Cel mai mare rezervor al Egiptului Antic - Lacul Merida a ocupat o suprafață de aproximativ 12 km2.
Barajele și rezervoarele pentru morile de apă au apărut mai târziu - numai în Evul Mediu.
Barajul este necesar de către măcel, în primul rând, pentru a crea presiunea necesară apei - diferența dintre nivelul apei din fața barajului și din spatele acestuia. Cu cât este mai mare presiunea apei, cu atât mai mult (cu alte lucruri egale) puterea roții morii de apă. În al doilea rând, rezervorul care apare în fața barajului servește ca un fel de acumulator hidroenergetic și aliniază fluctuațiile sezoniere în fluxul de apă. La urma urmei, cantitatea de apă din râu variază de la o lună la alta și de la un an la altul. Rezervorul acumulează apă în inundație și o dă în lunile adânci.
Rezervoarele sunt foarte diverse: acoperă o suprafață de câteva hectare până la câteva mii de kilometri pătrați. Rezervoarele mici sunt numite iazuri. În URSS aproximativ 1.000 de rezervoare de mai mult de 1 km 3. Dintre acestea, 150 au un volum mai mare de 100 km 3. Cel mai mare rezervor nostru - Kuibyshevskoe, Rybinskoe, Volgogradskoye, Tsimlyanskoe, Kakhovske și cea mai mare - Bratskaya CHE - are un volum de aproximativ 170 km 3 și suprafața apei - 5470 km 2. Cel mai mare baraj din lume (310 m înălțime) a fost construită în Uniunea Sovietică pe râul Vakhsh.
Roțile de apă folosite pentru a ridica apele la câmpuri au fost cunoscute în timpuri străvechi în țările din est: în Egipt, China și India. Așa i-am descris în primul secol. BC. e. arhitect roman Vitruvii „la exteriorul roții sunt fixate lama, care operează apa lovitură și care se rotesc desenul, astfel încât apa și ao ridica la o altitudine mai mare, acesta îndeplinește cerințele de muncă fără a avea nevoie de zilieri pe banda de alergat, numai acțiunea acelorași. apă ". Astfel de roți au supraviețuit până în prezent în unele sate din Asia și Africa.
Mori de apă pentru cereale au apărut mult mai devreme decât morile de vânt. În statul Urartu, care se afla pe teritoriul Armeniei de astăzi, erau cunoscute încă din secolul al VIII-lea. BC. e. În Rusia, fabricile de apă sunt menționate în documentele secolului al XIII-lea. dar nu ca noutăți, ci ca dispozitive mediocre, se pare că au apărut mult mai devreme.
Și roțile de ridicare a apei și roțile primelor mori de apă erau sos. Axa roții era situată deasupra nivelului apei și apă apăsată pe lamele inferioare. Astfel de roți nu aveau nevoie de baraje: erau instalate de obicei pe o parte a unei clădiri construite pe mal, sau pe două nave ancorate. Chiar și cele mai mari roți au avut o putere de maximum 10-15 kW și au folosit puțin energia curentului: eficiența lor nu a depășit 0,35%.
În anii 1770-1780. inventatorul rus KD Frolov a construit o instalație hidraulică, compusă din mai multe roți de diametre diferite. Au pus în mișcare pompele pentru evacuarea apei 3, 4, a elevatorului 2 și a fabricii de cherestea 1.
Mai perfectă, cu o eficiență de 0,75%, a fost inventată mult mai târziu, deja în Evul Mediu, o roată de umplere. Apa a venit de la el de sus (roata de sus) sau aproximativ la nivelul axei (roata mijlocie). Pentru munca acestor roți, erau deja necesare baraje.
Gloria construcției de roți de apă se încadrează la sfârșitul secolului XVIII - mijlocul secolului al XIX-lea. Apa a fost apoi principala bază energetică a industriei. În Rusia, de exemplu, mina Altai Zmeinogorsky, inventatorul talentat KD Frolov construit în 1770-1780. un sistem hidraulic grandios pentru acele vremuri, format din mai multe roți cu diametre diferite, din care au funcționat pompele de pompare a apei, liftul și gaterul. Cele mai mari roți, dintre care principala a fost un diametru de 17 m (înălțimea unei clădiri cu 6 etaje!), Au fost subterane, în camere special construite.
Din a doua treime a secolului al XIX-lea. pentru a înlocui roțile de apă vin dezvoltarea unor turbine hidraulice cu capacitate mult mai mare. Cu toate acestea, unele roți de apă au supraviețuit până la începutul secolului XX.
Prima turbina hidraulică, sau mai degrabă turbinele de model, a fost construit de fizicianul și matematicianul maghiar Janos Segner în 1750 la o navă de verticale înalte Segner cositorite fund două curbate în părți opuse ale tubului. Apa se toarnă în vasul care rezultă din tuburile și reculul - forță de reacție - un vas rotativ. În școala de birouri fizice și acum puteți vedea în continuare o turbină de reacție: Segner roată, prin care demonstrează principiul de propulsie cu jet.
Segner se justifică, teoretic, turbina lui, și mai profund dezvoltat teoria turbinelor cu jet în 1751 matematicianul Sankt Petersburg Leonard Euler sarbatorit. El a studiat legile mișcării fluidelor într-o roată cu turbină și a dezvoltat o altă schemă decât cea a lui Segner, proiectarea turbinei.
A trebuit să fie alcătuită din două părți - un dispozitiv de ghidare (o grila circulară fixă constând din lame și care asigură direcția necesară de curgere a lichidului) și o roată rotativă cu lame. Și lamele și lamele sunt ușor îndoite astfel încât să nu interfereze cu debitul de apă la cea mai mare viteză posibilă. Iar apa curentă, așa cum se știe, are energie cinetică. Lansând lamele roții, îi dă energia și o face să se rotească.
Cu toate acestea, Euler nu a construit o turbină: a fost un teoretician, nu un mecanic practic. Dar ideea lui sa dovedit a fi atât de reușită încât marea majoritate a turbinelor sunt încă construite conform schemei lui Euler. Prima astfel de turbină cu o putere de 4,5 kW a fost creată de inginerul francez B. Fournon în 1827. Astfel de turbine sunt numite turbine reactive. Turbinele reactive în direcția fluxului de fluid în rotor sunt împărțite în axial și radial-axial.
Proiectarea turbinei hidraulice axiale radial-axiale reactive este după cum urmează. Ventilele de ghidare acoperă o roată cu lame. După trecerea aparatului de ghidare, apa atinge lamele, se deplasează de-a lungul razei pe axa roții și apoi se rotește și se deplasează de-a lungul axei. Prin urmare, turbina este denumită și radial-axial. Pentru a regla debitul de apă și, prin urmare, puterea mașinii, fantele de ghidare sunt rotite.
Cele mai mari turbine de acest tip (până la o înălțime de o coloană de apă deasupra roții) de la 30 la 500 m sunt proiectate și construite în țara noastră. Pentru centralele hidroelectrice Krasnoyarsk au fost create turbine cu o capacitate de 508 MW, pentru centralele termoelectrice Sayano-Shushenskaya - 650 MW.
În 1920, inginerul austriac V. Kaplan a propus un alt tip de turbină cu jet - elice axiale. A fost perfecționată de alți ingineri și a devenit o lamă rotativă (cu lame pivotante). Sa dovedit a fi cea mai potrivită pentru capete relativ mici (de la 3 la 80 m), adică pentru baraje construite pe râuri plate. Cea mai mare turbină sovietică cu lamă rotativă dezvoltă o capacitate de 385 MW.
Secțiunea barajului barajului.
Schema celor mai mari din cascada Volga a HPP.
Pentru HPP derivativ, apa este furnizată prin țevi, canale și tuneluri. În fotografie: HPP Khramskaya de tip derivațional.
Tablou de comandă al centralei hidroelectrice.
Centralele hidroelectrice se numesc cele derivate (din cuvântul latin "Derivatsio" - eu o resping).
Uneori, după centrala hidroelectrică de origine a capului există mai multe stații: apa trece prin toate succesiv. Se pare o cascadă de centrale hidroelectrice, de exemplu, Inguri în Caucaz.
Cascadele centralelor hidroelectrice sunt distribuite pe raioane plate: Yenisei, Angara, Volga, Kama și alte râuri.
Pe malurile mărilor se construiesc centrale electrice de maree (PES). Ei au, de asemenea, un baraj și un rezervor, care se umple de apă în timpul valului, și apoi curge din ea în timpul fluxului scăzut.
În Uniunea Sovietică, în 1968 (pe Peninsula Kola), a fost comandată prima centrală experimentală de maree cu o capacitate de 400 kW. Acesta este un PES experimental: studiază economia unor astfel de stații. În străinătate, cea mai mare centrală electrică a fost construită în Franța în 1967 pe râul Rana, capacitatea acesteia fiind de 240 MW. Ideea folosirii mareelor nu este deloc nouă: încă din secolul al unsprezecelea. în Veneția erau roți de apă, în mișcare de maree.
În cele din urmă, există hidrocentrale hidrocentrale. Acestea sunt construite acolo unde consumul de energie electrică în timpul zilei este foarte neuniform. Particularitatea acestor centrale hidroelectrice este că acestea sunt instalate unități hidraulice reversibile, care pot funcționa ca generatoare de curent electric, și ca pompe de apă electrice. Când consumul de energie este mic, pompe unitatea hidraulică de apă din rezervor la rezervorul superior primește energie electrică de la altă energie electrică (de exemplu, căldură). În cazul în care consumatorul este cantitatea de energie electrică, care nu se poate dezvolta energie termică necesară, hidroelectrică HPP începe să funcționeze ca un generator de curent - operează cu apa care curge din rezervorul de sus. Capacitatea unor centrale hidroelectrice acumulate depășește 1,5 GW. În URSS unități hidroelectrice reversibile sunt instalate pe asamblata în zona de la Kiev hidroelectrice în amonte.
Centralele hidroelectrice permit utilizarea resurselor hidrologice ale râurilor într-o manieră complexă. Datorită barajelor și rezervoarelor, problemele legate de aprovizionarea cu apă a regiunilor apoase din Asia Centrală, Caucaz, Ucraina și regiunea Volga au fost rezolvate în mare măsură; Volga, Kama, Donul și Niprul au devenit navigabile în întregul lor curs și astfel a fost creată o singură rețea de apă fluvială de adâncime a părții europene a URSS. La rândul său, construcția de centrale hidroelectrice pe râul Amur și în alte râuri din Orientul Îndepărtat, pe râul Kolyma. Datorită rezervoarelor, inundațiile de primăvară de pe multe râuri au fost eliminate, provocând mari daune economiei naționale, iar în anii adâncime apa continuă să curgă în sistemele de irigații.
Centralele hidroelectrice produc în prezent aproximativ 16% din energia electrică din URSS. Cu toate acestea, în legătură cu faptul că construcția centralelor termice și în special a centralelor nucleare se desfășoară într-un ritm înalt, rolul HPP în producția globală de energie va scădea treptat. Dar importanța hidroenergiei în conservarea și gestionarea resurselor de apă dulce va crește considerabil.
Deja, unele părți ale țării lipsesc de apă, în special în vară, iar planificarea hidroenergetică este planificată să ia în considerare, în măsura maximă, interesele furnizării de apă pentru industrie și orașe. Oamenii de știință cred că chiar înainte de sfârșitul secolului XX. va fi necesar să se transfere o parte a apei din râurile europene și apoi din râurile Siberice în regiunile aride ale țării.
Acest lucru va necesita, de asemenea, construirea de noi rezervoare în locurile corespunzătoare.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: