Cap_9_AHE_2014

7/26/2019 Cap_9_AHE_2014

1/14

Capitol 9

NODUL DE PRESIUNE

Nodul de presiune reprezint ansamblul de uvraje format din castel deechilibru, casa vanelor i conducta forat. n cazul amenajrilorde mic cdere,care au derivaii n care apa curge cu suprafa liber, nodul de presiune constdoar din camera de ncrcare i conducta forat.

9.1. Camera de echilibru

n cadrul schemelor de amenajare hidroenergetic sunt prevzute uvraje,denumite camere de echilibru, care au rolul de a reduce presiunea dinamic a apei(lovitura de berbec). n funcie de tipul aduciunii, camerele de echilibru pot fi:camere de ncrcare, caresunt dispuse la captul aval al aduciunilor cu scurgereliber; sau castele de echilibru, care sunt dispuse pe traseul derivaiilor subpresiune, la ntlnirea dintre conducta forat i aduciune.

9.1.1. Camera de ncrcare

Camera de ncrcare, numit uneori i camer de punere sub presiune, facelegtura ntre aduciunea cu nivel liber (canal de derivaie) i conductele forate.Rolul acestor uvraje constn:

punerea apei sub presiune la intrarea n conducta forat;asigurarea debitului de ap necesar n conducta forat la pornireaturbinelor;permiterea vizitriigaleriilor;servirea drept organ de racord n cazul n care centrala este alimentat dinmai multe captri;asigurarea acumulrii sau evacuriivolumului suplimentar de ap, n cazulopririi centralei;asigurarea continuitii debitelor spre centralele din aval, pentru

amenajrile n cascad;reducerea efectelor loviturii de berbec.

Camera de ncrcareare n componen: bazinul de ncrcare, casa vanelor idescrctorul (fig. 9.1). Bazinul de ncrcare asigur volumul de ap necesar i faceracordul ntre canal i casa vanelor. Casa vanelor este format din compartimentede la nivelul crora pleac conductele forate, iar descrctorul permite trecereadebitului n bieful aval ocolind centrala.

7/26/2019 Cap_9_AHE_2014

2/14

230 AMENAJRI HIDROENERGETICE

Fig. 9.1. Tipuri de camere de ncrcare: a) subterane; b) la distan de versant;c) n vecintatea conductei forate;

Din punct de vedere al modului de construcie camerele dencrcare pot fisubterane sau aeriene. Camerele subterane sunt considerate a fi castele de echilibrualimentate la partea superioar i sunt utilizate atunci cnd versanii sunt abrupisau instabili. Varianta de camere aeriene reprezint cea mai utilizat soluie,acestea putnd fiplasate la distan, sau dimpotriv, n imediata vecintatea panteiconductei forate. Camerele de ncrcare pot fi prevzute cu descrctori pentrusurplusul de debit, ns nu i pentru schemele de amenajare hidroenergetic dederivaie cu descrcare proprie.

9.1.2. Castelul de echilibru

n cadrul amenajrilor hidroenergetice sau la alimentrile cu ap unde seutilizeaz aduciuni sub presiune lungi, datorit fenomenelor ce intervin ladeplasarea volumelor mari de ap, se impune prezena unui nmagazinator al apei

pn la realizarea strii de regim, care se realizeaz sub forma castelului deechilibru.

Castelul de echilibru este o construcie amplasat ntre aduciunea subpresiune i conducta forat, care ndeplinete urmtoarele funcii:

amortizeaz oscilaiile hidrodinamice provenite de la regulatoareleturbinei;transform energia cinetic produs la nchiderea turbinei n energiepotenial, pentru a elimina suprapresiunile care deformeaz conductele iduneaz mainilor (lovitura de berbec);

7/26/2019 Cap_9_AHE_2014

3/14

Cap.9. Nodul de presiune....................................................................................................231

debiteaz suficient ap n conducteleforate la pornirea turbinelor;protejeaz derivaia mpotriva ptrunderii aerului, la creterea sarciniicentralei;acumuleaz excesul de ap cnd scade sarcina centralei;permite vizitarea galeriilor i servete drept organ de racord n cazul n carecentrala este alimentat din mai multe captri.

Castelul de echilibru poate fi amplasat la racordul ntre aduciunilesecundare i cele principale, precum i pe sistemele de evacuare sub presiune, lacaptul amonte al galeriei sau conductei de fug. La porniri sau opriri brute alecentralei, ca i la manevre pariale, nivelul apei n castel scade sau crete, pentru aasigura necesarul de ap, sau a acumula excedentul pn la realizarea noului regim.

Diferena de nivel dintre lacul de acumulare i castel, produs de schimbul de debitdintre aduciune i castel, realizeaz accelerarea sau frnarea apei pe aduciune. Lapornirea centralei, nivelul apei n castel scade (salt minim) fiind necesar s semenin deasupra seciunii de legtur cu aduciunea (pentru a mpiedicaptrunderea aerului pe conducta forat spre turbin), iar la oprirea centralei nivelulapei crete (salt maxim), impunndu-se nedepirea marginii superioare acastelului.

n funcie de modul de construcie, castelelor de echilibru pot fi aeriene, subform de conducte nclinate pozate pe versant sau de turnuri rezervoare construitela suprafa (fig. 9.2), sausubterane, sub form de puuri i galerii orizontale saunclinate, construite n totalitate n stnc (fig. 9.3).

Fig. 9.2. Castel de echilibru aerian: a) sub form de conduct pozat pe versant;b) sub form de turn rezervor.

7/26/2019 Cap_9_AHE_2014

4/14


Fig. 9.3. Castel de echilibru subteran

Exist, de asemenea, soluii de castele cu profil mixt, sub form de puuri ceau partea superioar aerian (fig. 9.4).

Fig. 9.4. Castel de echilibru parial subteran

7/26/2019 Cap_9_AHE_2014

5/14

7/26/2019 Cap_9_AHE_2014

6/14


Dup modul de funcionare, exist:castele simple, n care oscilaiile apei au loc fr nicio frnare suplimentarsau deversare (fig. 9.5. a);castele cu diafragm (fig. 9.5. g);castele cu deversor, situat la partea superioar (fig. 9.5. e);castele pneumatice (fig. 9.5. g).

Calculul de dimensionare hidraulic a castelului de echilibru const ndeterminarea saltului maxim, pentru stabilirea cotei superioare a castelului, asaltului minim, pentru a preveni ptrunderea aerului i n determinarea seciuniitransversale apuului i a celorlalte pri componente ale castelului.

Considernd S isseciunile n castel i derivaiei, vviteza apei pe derivaie,Q1 debitul de ap din conducta forat, i Q0 debitul iniial (Q1 = Q0 - Q1),ecuaiile difereniale ale oscilaiilor n castelul de echilibru (n sistemul lac deacumularegalerie de aduciunecastel de echilibru) (fig. 9.6.) sunt reprezentatede ecuaia de continuitate i de relaia lui Bernoulli.

Fig. 9.6 . Determinarea saltului minim si maxim in castelele de echilibru

Ecuaia de continuitate a volumelor de ap ntr-un interval de timp infinitmic dt se scrie:

dzdtQdtv Ss1

, (9.1)

saudt

dzQv Ss

1 (9.2)

Ecuaia lui Bernoulli n micare nepermanent ntre un punct A aflat lasuprafaa liberdin lac i punctulBla suprafaa liber din castelva fi:

7/26/2019 Cap_9_AHE_2014

7/14


AB

ABrBBB

AAA rd

tv

ghz

gp

gz

gp

g

1

2

v

2

v

2

B

2

A

, (9.3)

n care 02

v

2

v 2

B

2

A

gg

BA , pA=pB=patm, se neglijeaz coeficientul lui Coriolis,

zAzB = -z, iar rd

este vectorul deplasrii. n aceste condiii se obine:

AB

ABr dst

v

ghz

10 , (9.4)

unde pentru ultimul termen din partea dreapt a ecuaiei se poate scrie:

dt

dvLds

dt

dvds

t

v

ABAB

. (9.5)

ns tsvv , , ceea ce nseamn c:

t

v

dt

dv

t

v

dt

ds

s

v

dt

dvdt

t

vds

s

vdv

, (9.6)

rezultnd:

dt

dvLds

dt

dvvds

dt

dds

t

vds

dt

dv

2

1

2

1

2

1

2

1

. (9.7)

n aceste condiii ecuaia 9.4 devine:

dt

dv

g

Lhz ABr 0 , (9.8)

iar sistemul de ecuaii care se obine este:

dt

dzQv

dt

dv

g

Lhz ABr

Ss

0

1

(9.9)

Rezolvarea acestui sistem permite determinarea cotelor maxime i minimeale apei n castelul de echilibru, adic valorile care se nregistreaz n timpulfenomenelor nepermanente ce apar la pornirea sau oprirea centralei. La pornireaturbinelor nivelul n castel scade foarte mult, obinndu-se nivelul minim, variaianumindu-se salt minim. La oprirea turbinelor, nivelul crete foarte mult, obinndnivelul maxim, iar diferena ntre acest nivel i nivelul normal din timpulfuncionrii poart denumirea de salt maxim. Determinarea saltului minim imaxim se realizeaz lund n considerare ipotezele cele mai dezavantajoase, ceeace permite obinerea valorilor extreme posibile n timpul exploatrii.

Condiiile care se impun pentru obinerea nivelurilor maxime i minime ntr-un castel de echilibru sunt:

pentru saltul maxim,rLACE

hZZ :

- nivelul n lac este nivelul maxim normal,NRNLA

ZZ ;

7/26/2019 Cap_9_AHE_2014

8/14


-

pierderile de sarcin pe aduciune sunt minime, min

rh (coeficientul de rugozitate avnd valoare n= 0,011);

- Q0= QiiQ1=0 rezult Q= Q0Q1= Qi.pentru saltul minim :

- nivelul n lac este nivelul minim de normal,NRNLA

ZZ ;

- pierderile de sarcin pe aduciune sunt maxime, maxr

h

(coeficientul de rugozitate avnd valoare n= 0,016);

-n

QQQQQ

n

nQ iii

,,

110

, unde n este numrul de grupuri

din central. Deoarece pornirea grupurilor se face pe rnd, nivelul

minim se nregistreaz atunci cnd se pornete i ultimul grup.Sistemul de ecuaii 9.9 se poate rezolva analitic, impunnd anumite ipotezesimplificatoare, grafo-analitic, admind intervale de timp finite, sau prin metodenumerice.

9.2. Casa vanelor

Casa vanelor reprezint uvrajul amplasat ntre castelul de echilibru iconducta forat, al crui rol funcional este de a asigura nchiderea i respectivdeschiderea accesului apei ctre conducta forat, aerisirea conductei forate iaccesul la nivelul acesteia, precum i msurarea debitelor. Pentru protejarea

conductei forate, la partea superioar a acesteia se prevd cte dou vane nseriate:o van aval cu nchidere rapid, ce funcioneaz ca van de lucru i o van amonte,ce poate fi cu nchidere mai lent i care funcioneaz ca van de rezerv. n cazulconductelor forate multifilare se prevd cte dou vane pentru fiecare fir. Rolulfuncional al acestor vane este de a asigura:

nchiderea rapid n cazul unei avarii pe conducta forat, ce se realizeazcu ajutorul unui releu de vitez sau aunui buton de comand. Cnd releul devitez sesizeaz o cretere cu mai mult de 20% fa de valoarea vitezei deregim, se comand nchiderea pompelor care asigur presiunea uleiuluipentru servomotoarele vanelor. La conductele forate cu diametre mai micide 2 m se folosesc vane mici cu ax orizontal, la care nchiderea se face cucontragreuti, n timp ce la conductele mai mari se folosesc vane fluture cu

ax vertical, avnd excentriciti de civa milimetri, ceea ce permitenchiderea vanei chiar de curentul de lichid la dispariia presiunii de ulei;evacuarea aerului din conduct la umplerea acesteia, prin amplasarea naval de vane a unui ventil de aerisire sau a unor conducte de by-pass, care sajung la nivelul castelului de echilibru;nchiderea accesului apei pe conduct n caz de revizie, prin intermediulcapacelor de revizie existente pe conducta forat. n cazul n care derivaiilesunt scurte n casa vanelor se instaleaz o singur van de servic iu, iar loculvanei de rezerv este luat de vana de la priz (la intrarea pe derivaie).

7/26/2019 Cap_9_AHE_2014

9/14


Casa vanelor mai cuprinde panourile de amortizare a instalaiei de acionarea vanelor, un pod rulant necesar montriisau demontrii vanelor, precum i, atuncicnd este cazul, instalaia de msur a debitului care curge pe conduct.

9.3. Conducta forat

Legtura ntre castelul de echilibru sau camera de ncrcare i cldireacentralei (turbin) se face printr-o derivaie de mare presiune denumit conductforat. Acesta reprezint cel mai important uvraj al centralelor de medie i marecdere, care realizeaz practic ntreaga cdere a centralei. Deoarece la parteainferioar a conductei forate presiunile sunt foarte mari, costul acestor uvraje este

foarte ridicat, fapt ce determin o tendin de scurtare a lungimii acestora.Dup modul de realizare derivaiile forate pot fi conducte forate

autoportante aeriene sau galerii forate, construite n subteran pe un traseu nclinatsau vertical. Pentru a scurta lungimea conductelor forate aeriene traseul se alege ngeneral pe linia de cea mai mare pant a versantului. La fiecare schimbare dedirecie conducta se ncastreaz n masive de ancoraj, constituite din blocuri debeton ce preiau forele care acioneaz asupra acesteia i le transmit terenului defundaie. ntre masivele de ancoraj conducta forat se reazem pe un ir desuporturi din beton n form de a, care mbrac conducta pe un unghi de (90120)0. Pentru a reduce eforturile longitudinale, provenite din variaiile detemperatur, pe conduct, n aval de fiecare masiv de ancoraj, se prevd manoane

de compensare care permit deplasarea axial a conductelor (fig. 9.7 i. 9.8).Pentru aceste uvraje este necesar determinarea numrului de conducte, adiametrelor acestora dar i a grosimii tolelor. Pentru conducte cu lungimi mici (50100) m se prefer varianta conductelor independente, pentru fiecare turbin dincentral. n schimb, pentru conducte mai lungi de 100 m, se prefer un numr maimic de conducte sau, acolo unde se poate, chiar una singur. n acest caz apa estetransportat ctre turbine printr-un distribuitor.

Diametrul conductei forate se determin printr-un calcul tehnico-economic:

7,3333

H

QbQaD mci

, (9.10)

n care Qieste debitul instalat n conduct, Qmceste debitul mediu cubic, definit cadebitul cu care dac uzina ar funciona timp de 8760 h/an s-ar produce aceleaipierderi de energie ca i n situaia real de funcionare,Heste presiunea de calcula tronsonului de conduct analizat, ai bdoi coeficieni care intervin n calcululinvestiiei. Deoarece diametrele conductei forate se stabilesc constante pe untronson cuprins ntre dou masive de ancoraj, valoarea presiunii Heste cea mediepe tronsonul respectiv i include i suprapresiunea dat de fenomenul loviturii deberbec.

7/26/2019 Cap_9_AHE_2014

10/14


Fig. 9.7. Sisteme de rezemare a conductelor: a) prin incastrare in masivele deancoraj; b) cu manoane aval de masive; c)cu manoane amonte de masive;

d) cu manoane la mijlocul tronsoanelor; e) cu traseu curb intre masive.

7/26/2019 Cap_9_AHE_2014

11/14


Fig. 9.8. Tipuri de masive de ancoraj: a) cu conducta ngropat n beton;b) cu conducta fixata prin ancore.

Valoarea suprapresiunii maxime, date de lovitura de berbecH

max, seproduce n seciunea centralei, n timp ce n restul conductei aceast suprapresiunese propag liniar avnd valoarea maxim n castelul de echilibru. Valorilesuprapresiunilor depind de tipul de turbin i de caracteristicile conductei, astfel cn calculele de predimensionare se admit urmtoarele valori estimative:

pentru turbine Pelton cu H>600 m Hmax 10% Hstmax;pentru turbine Francis cu H

7/26/2019 Cap_9_AHE_2014

12/14


Calculul static al conductei forate const n determinarea grosimii toleiconductei, precum i n verificarea eforturilor ce apar n pereii conductei nsituaiile cele mai dezavantajoase. Dimensionarea tolei se face folosind formulacazanelor:

r

ad

eDp

e

2 , (9.11)

n carepeste presiune maxim pe tronson exprimat n daN/cm2,Deste diametrulconductei pe tronsonul respectiv exprimat n cm, este un coeficient ce ine contde tipul mbinrii, adeste rezistena mecanic admisibil, iarereste rezerva careine seama de posibilitatea de ruginire a conductei, cu valori cuprinse ntre 0,1 i0,2 cm. Factorul pDdepinde de gradul de dezvoltare al tehnicii, astfel c pe plan

mondial s-au realizat lucrri pentru care acest factor are valori cuprinse ntre 35000i 40000 daN/cm, n timp ce n Romnia intervalul este cuprins ntre 27000 i30000 daN/cm. Dac se consider diametrul conductei constant, presiunea cretecontinuu de la castelul de echilibru ctre central, ceea ce face ca i grosimea toleis creasc n aceeai manier.

Conductele forate pot fi perpendiculare, paralele sau aezate sub un unghiascuit fa de axa centralei. Din punct de vedere hidraulic, cea mai indicat esteintrarea perpendicular, caracterizat de pierderi de sarcin minime. ns aceastsoluie are dezavantajul punerii n pericol a cldirii centralei la spargerea conductei.Pentru a evita acest pericol se iau msuri de supradimensionare a distribuitoruluiconductelor la turbine.

9.4. Cldirea centralei

Cldirea centralei reprezint sistemul de ncperi i echipamente electro-mecanice, n care se realizeaz succesiv transformarea energiei poteniale icinetice a apei, n energie mecanic, prin intermediul turbinei, i mai apoi nenergie electric cu ajutorul generatorului. Echipamentele electro-mecaniceexistente n central cuprind:

echipamente principale, formate din turbine i hidrogeneratoare sau ncazul centralelor cu acumulare prin pompare i a pompelor;echipamente auxiliare, formate din vane, regulatoare de vitez i presiune,

instalaiile de ulei sub presiune, ap de rcire, aer comprimat, climatizare,baterie de acumulatori, filtre, etc. Tot aici sunt incluse i staia detransformare i celulele de plecare a liniilor de transport, care pot fi situate ncldire sau n afara acesteia.n general cldirile centralelor la amenajrile hidroelectrice pe derivaie au

rolul de a adposti echipamentele amintite mai sus, n timp ce pentru centralelefluviale, tip uzin-baraj, care suport n acelai timp i diferena de presiune ntrebieful amonte i cel aval, apar n plus laboratoarele de analize , sau cele careregleaz i menin n funciune instalaiile de avertizare, msur i control, precum

7/26/2019 Cap_9_AHE_2014

13/14


i o camer de comand a centralei. Camera de comand cuprinde aparatajul decomand, control i semnalizare, centraliznd ntreaga activitate de conducere aprocesului de producere a energiei electrice. De asemenea, n central exist oplatform de montaj, pe care se realizeaz montarea subansamblelor principalenaintea punerii n funciune, sau n timpul perioadelor de revizie i reparaie.ntreaga central este deservit de unul sau mai multe poduri rulante,dimensionarea acestora fcndu-se astfel nct s fie transportate piesele cele maigrele. Tot n cldirea centralei sunt prevzute i o serie de anexe, precum birourilesau instalaiile sanitare. Accesul n cldirea centralei se face la o cot situatdeasupra cotei maxime posibile a apei n canalul de fug.

7/26/2019 Cap_9_AHE_2014

14/14


Date post:	02-Mar-2018
Category:	Documents
Upload:	toader-ionut-octavian
View:	228 times
Download:	1 times

Cap_9_AHE_2014

Documents