Uporabnik:M cunk/Peskovnik

JEZOVI IN PREGRADE

Jezovi so zgradbe iz lesa, kamenja,zemlje ali betona v koritu reke, ki dvigujejo vodo na potrebno višino, jo na tej višini vzdržujejo in usmerjajo v dovodni kanal.

Nizki in visoki jezovi

Pri zaustavljenih turbinah ali ob visokih vodah se višek vode preliva preko jezu in to navadno po vsej dolžini. Razlikujemo nizke in visoke jezove . Po mednarodni definiciji spadajo med visoke jezove vsi tisti, ki so višji kot 15 m (od temelja do krone) in tisti, ki so višji kot 10 m in imajo krone daljše kot 500 m, večje akumulacije kot 100 000 m3 in če je preko njih potrebno spuščati večje količine vode kot 2000 m3/s. Vsi drugi jezovi so nizki. Dolinske pregrade imenujemo višjo jezovno zgradbo, ki na primernem mestu zapira dolino, da nastane akumulacijsko jezero. Ko je jezero polno, se morebitni višek ne preliva po vsej dolžini pregrade, temveč samo na določenem mestu – prelivu. Gradnja jezov je poznana že več kot 3000 let (namakanje v starem Egiptu, Mezopotamiji, Kitajski, kjer so gradili nasute in zidane pregrade. Znatnejše dimenzije so te naprave dosegle v Španiji, ki so zelo masivne in služijo svojemu namenu še danes. Namen nizkih jezovnih naprav je, da spreminjajo tok vode in za dviganje vodostaja, da so reke plovne.

Z dviganjem vode omogočimo izkoriščanje vodnih moči, ustvarjamo jezera za rekreacijo, zadržuje se nanos, preprečuje se erozija. S spreminjanjem smeri vode s pomočjo jezov, dosežemo: napajanje kanalov za industrijske naprave, napajanje plovnih kanalov in preusmerjanje vode v kanale in tunele, ki vodijo vodo v hidroelektrarne. Visoke pregrade služijo za ustvarjanje umetnih jezer, oziroma akumulacijskih bazenov za razne vodnogospodarske in elektroenergetske namene.

Masive in nasute pregrade

Glede na material iz katerega so zgrajene, delimo visoke pregrade na masivne (iz kamna ali betonskih blokov, zidanih na suho, iz kamna in malte, iz betona in armiranega betona) in nasute (iz zemlje, peska, gramoza ali kamna).

Glede na konstrukcijo delimo masivne pregrade na:

• gravitacijske, težnostne
• ločne
• ločno gravitacijske
• kupolne
• razčlenjene

Izbiramo jih glede na geološko sestavo tal, nosilnost in vodopropustnost terena, na razpoložljivost materiala za izgradnjo, odpornost proti potresuitd.

Težnostni jez

Pogoj za stabilnost je, da rezultanta pritiska vode na zadrževalnem zidu, teža pregrade in vzgona pade v notranjost druge tretjine osnovnice jezu, gledano vzvodno. Mejni primer je pri pogoju, da je rezultanta R paralelna z nagibom na nizvodni strani.

Ločne in kupolne pregrade

Zato, da bi zmanjšali porabo betona, so razvili ločno-gravitacijske, ločne in kupolne pregrade. Pri ločnih pregradah znaten del sil pritiska vode prevzamejo boki in tako razbremenijo dno pregrade. Mora pa biti ob bokih skala, da prevzame te sile.

Razčlenjene pregrade

Da bi se pri gravitacijskih pregradah zmanjšala količina uporabljenega materiala, je pripeljalo do tega, da so začeli v telesu pregrade delati votline. Poleg manjše teže imajo razčlenjene pregrade še to prednost, da je mogoča stalna kontrola telesa pregrade in temelja. Uporabljamo jih pri zapiranju širokih dolin z dobro nosilnostjo tal.

Nasute pregrade

Za pregrajevanje dolin uporabljamo nasipe iz zemlje ali kamenja. Ker so iz nehomogenega materiala, je potrebno nepropustnost doseči na enega izmed sledečih načinov. V primeru, ko je dno struge propustno, zgradimo nasuto pregrado z zunanjim tesnilnim slojem, ki ga podaljšamo v tesnilno preprogo.

Prijezovne hidroelektrarne

Prijezovne hidroelektrarne imajo strojnico, ki je nameščena ob jezu, v notranjosti jezu ali pa je izvedenega kot del jezu samega. V takih primerih je nepotreben poseben dovod vode, izravnalnik in odvod vode, saj je vstop vode in tlačni dovod del jezu oziroma strojnice. Ena od možnih rešitev je, da se (ko je padec majhen), vsak agregatpostavi v posamezni steber jezu, pa tako pridemo do toliko ločenih strojnic kolikor imamo agregatov.

Oprema vodotokov

Pri hidroelektrarnah z odprtim dovodom imenujemo vtok tisti del naprave, kjer voda zapušča reko nad jezom in vstopa v dovodni kanal. Pri hidroelektrarni z zaprtim dovodom predstavlja vtok začetni del tlačnega rova, kjer voda zapušča akumulacijsko jezero in vstopa v rov. Pri hidroelektrarnah z delno odprtim dovodom imamo opravka še z enim vtokom in sicer tam, kjer vstopa voda iz odprtega kanala v tlačni cevovod. Ta del navadno tudi prevzema vlogo izravnalnika. Vtok mora biti opremljen tako, da po potrebi vodi lahko preprečimo dotekanje v dovodno napravo. Zato je bistveni del njegove opreme zapornica. Vodo je treba na vstopu v dovodne naprave tudi očistiti, da telesa, ki priplavajo z vodo, ne zamaše turbinskih gonilnikov ali turbin, drugače ne poškodujejo. Zato so na vstopu vselej nameščene rešetke z napravami za čiščenje. Pri vstopih v zaprte dovode je ta rešetka drobna, ker mora zadržati vsa tista plavajoča telesa, ki bi se utegnila zagozditi v turbini. Razdalje med posameznimi drogovi v rešetki morajo biti manjše kot je širina pretočnih kanalov skozi turbino na najožjem mestu. Na vstopih v odprte dovode so grobe rešetke (100 do 200 mm med posameznimi drogovi), ki zadrže samo velika plavajoča telesa, medtem ko drobnejše stvari obvisijo na drobni rešetki pred vstopom v cevovod ali samo turbino. Vstop v kanal je treba preprečiti tudi pesku in produ, ki ga nosi reka s seboj. V ta namen napravimo vstopni prag vsaj 0,5 m nad dnom reke. Potem se večina peska in proda useda pred pragom v mrtvem prostoru do jezu. Da ujamemo še tisti pesek, ki prihaja skozi rešetko, predvidimo za njo peskolov ali usednik. Ta predstavlja razširitev preseka s poglobitvijo dna kanala za vstopnim pragom in rešetko. V tem razširjenem delu se hitrost vode zmanjša in pesek se usede na dno peskolova. Zapornice nastopajo v vseh mogočih izvedbah, od enostavnih ploščatih do segmentnih.

Površinska vhodna zgradba služi za:

• Preprečevanje vstopa naplavin v dovodni kanal;
• Preprečevanje vstopa ledu in drugih naplavin;
• Grobo regulacijo dotoka vode v elektrarno;
• Popolno zapiranje vode za revizijo in popravilo dovodnega kanala in tunela oziroma avtomatsko hitro zapiranje v primeru napake.

Za preprečevanje uhajanja naplavin je spodaj betonski prag, zgoraj je ponirni zid, ki preprečuje vhod plavajočih predmetov. Rešetka, groba, preprečuje vhod plavajočim predmetom.

Grablje je treba čistiti s čistilnimi stroji, pozimi pa preprečujemo zaledenitev s segrevanjem rešetk z električnim tokom. Vsak tok je opremljen na začetku tako, da lahko postavimo zagatno steno – pomožne zapornice. Če je dovodni cevovod kratek, tako da turbine niso opremljene s predturbinskimi zapornimi organi, prevzame zapornica na vstopu tudi vlogo predturbinskega zapornega organa in je pogostokrat izvedena kot varnostna zapornica. Tako ji pravimo, ker se sama in hitro zapre, takoj ko zaščitne naprave turbine ob previsoki vrtilni hitrosti ali kakšni drugi nepravilnosti sprožijo zapiranje.

Rovi in tlačni cevovodi

Dovodni rov imenujemo predor , ki je zvrtan skozi hrib, da po njem po najkrajši poti doteka voda k cevovodu ali k turbini. Izdelani so z rahlim nagibom. Najpogostejši tlačni dovodni rovi, ki so položeni pod vodno gladino, tako da voda napolnjuje ves njihov presek. Če je vodna gladina v jezeru dokaj stabilna, je primeren tudi rov s prosto gladino. Rovi so navadno obloženi samo s tanko plastjo betona in lepo zglajeni, da so izgube čim manjše. Takrat, ko je hribina nezanesljiva, rove oblagamo z jekleno pločevino. Razlika med obloženim tlačnim rovom in tlačnim cevovodom je ta, da pri rovu hribina pomaga jekleni oblogi prevzemati obremenitev, ki je posledica pritiska vode. Pri cevovodu premaguje pritisk vode samo stena cevovoda, zaradi česar so cevovodi lahko položeni po površini zemlje. Cevovodi so položeni manj ali bolj strmo, rovi pa skoraj vodoravno. Tlačni cevovodi so skoraj izključno narejeni iz jeklene pločevine. Cevovod navadno ni izdelan po vsej dolžini v istem premeru, temveč se njegov premer postopoma nekoliko zmanjšuje proti spodnjemu koncu.

Razlikujemo dve vrsti jeklenih cevovodov:

• cevovode na planem ali odkrite cevovode
• podzemne ali pokrite cevovode.

Oprema vodohrama

Vodohram je nameščen vedno na samem začetku tlačnega cevovoda. Bistveni del predstavlja varnostna loputa, katere glavna naloga je samodejno zapiranje tlačnega cevovoda v primeru poškodbe. Poleg tega mora oprema dovoljevati namerno zapiranje cevovoda zaradi pregleda in vzdrževalnih del. Ročna loputa je glede na smer vode vselej postavljena pred avtomatsko loputo. Zapiralno telo zavrtimo v odprti ali zaprti položaj s pomočjo ročnega mehanizma. Loputo lahko odpiramo samo razbremenjeno – tlaka pred in za loputo morata biti izravnana. Ročna loputa je v splošnem vedno odprta. Zapremo jo le v primeru pregleda ali popravila avtomatske varnostne lopute. Avtomatska varnostna loputa ima isti notranji premer kot ročna loputa in tudi iste sestavne dele z razliko pogonskega mehanizma. Tudi to loputo je mogoče odpreti samo pri izravnanem tlaku pred loputo in za njo. Cevovod napolnimo skozi obtočni vod. Za odpiranje je namenjen servomotor na tlačno olje. Avtomatsko loputo je mogoče zapreti tako pri mirujoči vodi kot pri polnem pretoku skozi cevovod. Ker je loputa varnostna, moramo uporabljati tako energijo, ki je vselej na voljo. Najprikladnejša je položajna energija uteži. Bi pa za zapiranje pod polnim pretokom potrebovali zelo veliko utež – tu si nekateri proizvajalci pomagajo tako, da osi zapiralnega telesa postavljajo nekoliko ekscentrično tako, da med pretokom hidravlični moment dela na zapiralno telo v smeri zapiranja. Utež je le za začetek zapiranja in za zapiranje lopute v primeru mirujoče vode, ko hidravličnega zapiralnega momenta ni. Med zapiranjem oljni servomotor zavira gibanje lopute in preprečuje, da se zapiranje ne konča z udarcem. Poleg tega ga je mogoče naravnati tako, da narastek tlaka med zapiranjem pod pretokom ne preseže dovoljene meje. Zapiranje sprožimo, če odmaknemo kljuko, kar je mogoče opraviti na kraju samem ali daljinsko s pomočjo elektromagneta. Zapiralni postopek se sproži tudi sam od sebe v primeru okvare na tlačnem cevovodu, ko zapiranje povzroči sprožilna naprava. Ta dobi zapiralni impulz od detektorja v cevovodu, ki reagira kakor hitro hitrost vode prekorači vrednost pri polni obremenitvi vseh turbin, priključenih na cevovod, Pri starejših izvedbah sestavljata detektor okrogla plošča in vzvod, opremljen z vzmetjo, ki ploščico drži v toku vode. V primeru, ko pride do okvare, naraste hitrost vode in sila na ploščico premaga silo vzmeti, premakne vzvod in preko sprožilne naprave izmakne kljuko izpod uteži, da se loputa zapre. Slaba stran je, da se na ploščico rade obesijo plavajoče vejice in listje, povečuje upor ploščice tako, da večkrat brez potrebe sprožijo zapiranje lopute.Glede na to so mnogo boljši detektorji, katerih delovanje sloni na merjenju hitrosti vode s pomočjo merjenja tlaka. V tlačni cevovod sta vtaknjeni šobi (za merjenje celotnega tlaka), ki meri statični tlak. Šoba je povezana s prekatom, ta pa po gumijasti cevi z levo posodo živosrebrne tehnice. Šoba pa je povezana s prekatom in po gumijasti cevi z desno posodo tehtnice. Posodi in sta delno napolnjeni z živim srebrom in medsebojno povezani s cevjo. Ventila in sta odprta, ventil pa zaprt. Ker je tehtnica nagnjena v levo, je v levi posodi več živega srebra kot v desni. Gladini v obeh posodah nista v isti višini, ker je posoda pod višjim tlakom kot posoda. Torej leži v posodi gladina živega srebra nekoliko višje kot v posodi. Ko se hitrost vode v cevovodu poveča, se poveča celotni tlak (za delež povečane hitrostne višine) in to povečanje tlaka iztisne del živega srebra iz ene posode v drugo posodo, zaradi česar postane desna posoda težja in tehtnica se nagne v desno, pri čemer z drogom sproži zapiranje lopute. Tako detektorji s ploščico, kot opisana naprava, ki sproži zapiranje na osnovi razlike tlakov, ne pomenijo povsem zanesljive zaščite pri poškodbi tlačnega cevovoda. Med mirovanjem ali obratovanjem z delno obremenitvijo je razpoka tako majhna, da izguba vode še ne povzroči tolikšnega skupnega pretoka, ki bi bil večji od pretoka pri polni obremenitvi. Količina vode pa vendar predstavlja nevarnost za cevovod in strojnico pod njim. V takšnih primerih zanesljivo varuje le diferencialna zaščita. Ta meri razmerje med pretočno hitrostjo na začetku in koncu tlačnega cevovoda, ki ima pri katerikoli obremenitvi isto vrednost. Če pa voda izteka iz cevovoda, se razmerje spremeni in diferencialna zaščita sproži zapiranje lopute. Odpiranje in zapiranje varnostne lopute vodohrama je avtomatizirano. Skozi obtočni cevovod polnimo tlačni cevovod za avtomatsko loputo in tako izenačimo tlaka pred loputo in za njo. Tudi v obtočni cevovod sta navadno zaporedno vgrajena dva ventila; v smeri pretoka najprej ročni, za njim še hidravlični ali elektromotorni ventil, ki je vključen v avtomatiko lopute.

Zračnemu ventilu pripadajo naslednje naloge:

• Samodejno dovajanje zraka v tlačni cevovod med zapiranjem lopute izravnalnika, ad v cevovodu ne nastane podtlak, ki bi lahko povzročil tolikšen povratni udar vodnega stebra, da bi se cevovod poškodoval.
• Dovajanje zraka v tlačni cevovod med praznjenjem cevovoda in zračenje praznega cevovoda.
• Odvajanje zraka med polnjenjem cevovoda.

Predturbinski cevni zaporni elementi

Predturbinski cevni zaporni elementi so dobili svoje ime po položaju. Postavljeni so tik pred turbinami, to je na spodnjih koncih tlačnih cevovodov. Njihova naloga je, da popolnoma zaprejo vodo ob daljšem mirovanju strojev. Tako preprečujejo izgubo vode, ki bi pronicala skozi regulacijske elemente turbine, ki niso nikoli povsem tesni. Predturbinskim cevnim zapiralnim elementom pripada še zelo odgovorna naloga – varovanje turbine. Imenujemo jih tudi varnostne predturbinske zapiralne elemente, ker so sposobni samodejnega zapiranja celo ob polnem pretoku skozi turbino. Ker se morajo kot varnostni elementi v vsakem primeru zapreti, uporabljamo za zapiranje položajno energijo uteži ali tlak vode v cevovodu.

Kot predturbinski zapiralni elementi so v uporabi: • Klinasti zasuni • Lopute • Kroglasti zasuni • Obročasti zasuni.

Klinaste zasune

Klinaste zasune uporabljamo le pri zelo majhnih napravah, ker povzročajo vrtinčenje vode in s tem velike izgube energije. Izvedeni so na ročni ali hidravlični pogon. Klinasti zasuni, pa čeprav so opremljeni s servomotorji na vodni tlak, skoraj nikoli ne nastopajo kot varnostni predturbinski zaporni elementi.

Lopute

Lopute so v hidravličnem pogledu ugodnejše. Zapiralno telo lečastega preseka sicer povzroča določene izgube energije, posebno pri višjih padcih, kjer so hitrosti skozi loputo večje in zapiralna telesa debelejša. Prednost je nizka cena. Danes se v glavnem uporabljajo kot predturbinski zaporni elementi na padcih do 150 m in do premerov 5 m in več. Mnoge so izvedene kot avtomatske varnostne lopute, pri katerih srečujemo naslednje vrste pogonov:

• utež za zapiranje, oljni servomotor za odpiranje, • manjša utež, kombinirana z ekscentrično vloženim zapiralnim telesom za zapiranje in oljni servomotor za odpiranje • vodni servomotor za zapiranje, oljni servomotor za odpiranje • vodni servomotor za zapiranje in odpiranje • oljni servomotor za zapiranje in odpiranje.

Pri izvedbah z utežjo deluje oljni servomotor med zapiranjem kot zavora. Predturbinske lopute odpiramo vedno samo razbremenjene.

Kroglasti zasuni

Kroglasti zasuni, so v hidravličnem pogledu najpopolnejši zaporni elementi. Njihov okrov ima obliko krogle, ki je na dveh straneh opremljena s prirobnicami za priključek na cevovod oziroma turbino ter po sredini deljena, da je mogoče v kroglo namestiti zapiralno telo. Zapiralno telo je izoblikovano tako, da zavzema v odprtem položaju kroglasti zasun, znotraj obliko ravne cevi, ki ne povzroča skoraj nobenih izgub energije. V zaprtem položaju pa zapira in tesni vodo posebna tesnilna plošča.

Kroglasti zasuni so skoraj vedno izvedeni kot avtomatski varnostni zasuni, kar pomeni, da se v primeru nevarnosti samodejno zapro tudi med polnim pretokom vode, zaustavijo dotekanje vode na turbino in tako preprečijo škodo. Kroglaste zasune vedno poganjajo servomotorji. Uporabiti jih je mogoče za turbinske naprave na najvišjih padcih tudi do 2000 m. Tudi kroglaste zasune odpiramo vedno razbremenjene.

Ta vrsta zapornih elementov je dobila ime po obročastem preseku, ki ga ima pretočni kanal zasuna. Hidravlično niso tako ugodni kot kroglasti zasuni. So dragi. Značilno za njih je, da je možno zapiralno telo zaustaviti v kateremkoli vmesnem položaju ne da bi povečali hidravlične izgube. Z njimi je mogoče regulirati pretok. Ta njihova lastnost sicer ni potrebna pred turbinami, pač pa pride zelo prav, če jih montiramo kot zapiralne elemente akumulacijskih centrifugalnih črpalk, ker je potem mogoče z njimi naravnavati črpalno količino. Take zasune imenujemo tudi iglasti zasun ali tudi zvonasti zasun. Uporabljamo ga tudi kot zaporni element reverzibilnih turbin.

Viri

• Bogoljub Orel (1986). Energetski pretvorniki I. Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko.