Turbine: Nadoknada snage turbine padom nivoa jezera, reke

Nadoknada snage turbine padom nivoa jezera, reke…
Rast snage turbine pomeranjem turbine(hod) sa nivoom vode  jezera, reke… dobitak snage turbine držanjem stalne razlike između nivoa donje vode reke, jezera  i položaja turbine

-Korisni pad vode turbinu se menja i posmatra između neke prosečne maksimalne i minimalne vrednosti(tehnički podatak za turbinu).
Ove dve krajne vrednosti su posledica promene nivoa vode(i količine) ispred  turbine i apsolutnog stalnog položaja turbine u odnosu  na branu(obalu,kopno).

– Snaga vodene turbine se tokom godine(vremenom) menja zbog promenljivog nivoa vode, ali i zbog stalnog , nepokretnog , položaja turbine u odnosu na promenljiv nivo gornje i donje vode.

Dakle:
-Ako turbina menja svoj položaj, prati, spušta ili diže za donjom vodom reke, snaga turbine može ostati:  ista, približno ista ili biti u minimumu snage pri maksimalnom nivou donje vode reke (plavljenje donjeg toka reke i otvora
za isticanje vode iz turbine).

-Ako turbina prati pad nivoa donje vode, dakle, ako se udaljava od nivoa gornje vode,  dobija se veći visinski pad gornje vode i, u nekom ravnotežnom stanju, nivo  gornje i donje vode i turbina(položaj turbine) pomera se u istom smeru i za isti iznos .

Komponente(elementi) tehničkog rešenja

Elementi su:
a) bazen na rečnom dnu donje vode;
b) ploveći nosač(keson)  pokretnog cilindra turbine iznad bazena;
c) pokretni cilindar turbine(glavni element) u turbinskom tunelu;
d) sklop, celina,  kesona na vodi bazena i pokretnog cilindra turbine;
e) aksijalno pokretno vratilo turbine i turbina;
d) prečka ili kratak cilindrični nosač(pokretna čaura) aksijalnog ležaja vratila;
g) tri ili četiri cilindrična(ili neki drugi oblik) rezervoara vode sa kesonom u svakom od njih;
g) kesoni -oslonci nosača ležaja u rezervoarima(dizalica nosača ležaja);
e) pirubna spojnica vratila generatora i vratila turbine i, dodato, aksijalno ožljebljeno šuplje vratilo;
f)hiperboloidni dodatak, telo na dnu bazena, za promenu oblika mlaza vode od mesta sudara mlaza sa površinom donje vode .

Način rada delova i njihovo povezivanje:

1)  Bazen na rečnom dnu donje vode(potopljen bazen):
-Bazen je u donjoj vodi ispod turbinskog tunela i pokretnog cilindra.  Uloga bazena je da spreči udar  vode iz pokretnog cilindra u rečno dno i potkopavanje elektrane i da, iznad sebe, drži plovni nosač(keson). Bazen je u obliku „plitkog tanjira“  većeg prečnika.
2) Plovni nosač(keson) u bazenu donje vode:
-Plovni nosač  je na vodi iznad bazena(donji nivo reke) i ispod turbinskog tunela i pokretnog cilindra.

-Plovni nosač nosi pokretni cilindar turbine i, drugo, obezbeđuje nesmetano kretanje mlaza vode kroz nosač nakon izlaska iz pokretnog cilindra(turbinskog tunela) i to na sledeći način:

– na središnjem delu plovnog nosača je hiperboloidni otvor, otvorom se obezbeđuje prolaz mlaza kroz nosač;
– u hiperboloidnom otvoru, sa donje strane, je vrh i gornji deo hiperboloidnog telo, koje polazi sa dna bazena( osnova  tela na dnu bazena, a vrh u otvoru nosača);
– prolaz vode se ostvaruje na hiperboloidnom telu:
na hiperboloidnom telu cilindrični mlaz vode menja oblik,razbija se, razdvaja radijalno na turbulentne strujnice,  3600  od vrha hiperboloida do osnove na dnu bazena i nastavlja kretanje ispod plovnog nosača;

-strujnice nastavljaju svoj put ispod plovnog nosača i iznad dna bazena radijalno (3600 ). Na izlazu se voda meša sa okolnom vododom(3600 ) i direktno ili  preko ivica bazena se usmerava ka površini vode.

– Pomoću bočnih strana i vertikalnih vođica plovnom nosaču(kesonu) je obezbeđeno  pravolinijsko podizanje po vertikali, a onemogućena je bočna rotacija i pomeranje.  Vertikalne vođice su čvrsto vezane za dno bazena.

Plovni nosač cilindra turbine i cilindar turbine je razdvojiv čvrst sklop. Sklop se pomera po vertikali i prati pomeranje nivoa donje vode.

3)  Pokretni(unutrašnji) cilindar  u turbinskom tunelu(bunaru):
-Osnovna pojašnjenja:
-pokretni cilindar turbine je kućište turbine;
-turbinski turbnel je vertikalna vođica pokretnog  cilindra. Cilindar u tunelu je pokretan (vertikalno: gore –dole) , naravno pokretan je i izvan tunela, skoro do slobodne površine donje vode turbine, tj. reke;
-turbinski tunel i pokretni cilindar su sklop sa zaptivnim prstenovima.

-Veze cilindra sa plovnim nosačem iznad bazena:
-pokretni cilindar spojen je za plovni nosač preko, recimo, kratka četiri ф profila. Zajedno, cilindar i nosač, se dižu ili spuštaju sa površinom donje vode, dok se sam cilindar uvlači ili izvlači iz tunela;
– u pokretnom cilindru je radno kolo turbine(Kaplan). Radno kolo se kreće za cilindrom, prati se kretanje donje vode.

4)  Vratilo sa turbinom:
-Osnovna tehnička pojašnjenja:
-vratilo na donjem rukavcu ima radno kolo turbine;

-na gornjem kraju vratilo je ožljebljeno i sa drugim vratilom, unutrašnjeg ožljebljenja,  gradi sklop aksijalno pokretna dva vratila: sličan sklop aksijalno pokretljivih vratila sa kardanskom spojnicom imamo u transmisiji snage kod motornog vozila;

– vratilo se oslonja na nosač  preko aksijalnog ležaja.

5) Nosač aksijalnog ležaja vratila turbine:
-nosač  aksijalnog ležaja  vratila je prečka(e) ili osnova kratke čaure;
-nosači ležaja vratila je iznad pokretnog cilindra turbine;
-nosač(i) se oslanja na kesone u rezervoarima vode.

Sve to, nosač vratila i sklop ožljebljena dva vratila, omogućava vertikalno aksijalnu pokretljivost vratila u turbinskom tunelu.

6) Rezervoari vode sa kesonima:
-Mesto i uloga rezervooara i kesona:
-rezervoari vode(tri do četiri cilindrična ili drugog oblika) i kesoni u njima, smešteni su oko turbinskog tunela;
-rezervoari se pune gornjom vodom reke(turbine): dižu se kesoni, nosač(i) vratila i vratilo turbine;
-rezervoari se prazne ispuštanjem vode iz rezervoara u donju vodu reke: spuštaju se kesoni, nosač (i) ležaja vratila i vratilo;
– usklađeno(sinhronizovano) se otvaraju ventili(zatvarači) za punjenje i pražnjenje rezervoara, prati se kretanje  pokretnog cilindra i, konačno, nivo donje vode.

Primena turbine sa promenljivim položajem
-Mesta i vrste izvorišta vode:
-na svim elekranama sa promenljivim nivoom donje vode;
-na branskim elektranama sa turbinskim tunelom izvan brane, sa spoljne strane brane  i iznad donje vode;

– voda sa slapova, voda sa priobalja …jezera, reke…Iz prve ruke, preporučio bih vodu iz sistema za prečišćavanje kanalizacione vode iz velikih gradova, recimo pored Dunava, Save, Morave.

–predlažem i primenu turbine sa promenljivim položajem  za malu hidroelektranu na toku rashladne vode na termoelektrani “Nikola Tesla B“.
Projekat male hidroeelektrane na vodi  sistema za hlađenje pare termoelektrane “Nikola Tesla B“ videti na:
prd 3361-49-10163-1-10-20180404 i  pdf (1) ;

– izvorišta vode kapaciteta za mikro elektranu i delom za elektrane male snage;

– za mikro i mini elektrane sa specifičnim izvorištima gornje vode, na primer:

– komore prevodnica brodova na velikim branama novih elektrana, teorijski i na starim elektranama;
– prelivnice na velikim branama;
-otvori za isticanje vode iz elektrana: na velikim branama sa stalnim položajem turbine;
-nadzemno betonski kanali od, recimo: sistema za odbranu od poplava, sistema za navodnjavanje, sistema za prećišćavanje kanalizacionih i drugih otpadnih voda…

– Cilj turbine sa promenljivim položajem:
-automatizovano zauzimanje najnižeg  mogućeg položaja turbine iznad donje vode turbine(reke);
-automatizovano održavanje maksimalne snage turbine kod proizvoljnog nivoa gornje vode i promenljivog nivoa donje vode reke;
-izvlačenje „zadnje snage“ iz hidroelektrane.

Fino podešavanje snage turbine:
-Plovni nisač cilindra turbine(keson) punimo vodom ili ga praznimo, istovremeno pratimo snagu generatora električne energije.
Kada primetimo(dobijemo) maksimalnu snagu generatora, zatvaramo ventile na kesonu.
-Sličan postupak primenjujemo i na rezervoare sa kesonima za dizanje ili spuštanje nosača ležaja vratila.

Konačno…
Izabrao sam jedno rešenje za hidroelektranu sa promenljivim položajem turbine, rešenja može biti bezbroj, ali je bitno da se na dizanje ili spuštanje turbine i njenog cilindra ne troši električna energija niti energija fosilnih goriva.

Biće zadovoljstvo posmatrati, u praksi, koliko nisko do vode može da se spusti  pokretni cilindar tokom rada postrojenja, naročito  na elektrani srednje snage.

Po kružnom prstenu na vodi(3600)  impresivni mlaz će izbijati iz vode… fontana u prirodi se neće gasiti niti praviti trošak energije na pumpe.

Srdačan pozdrav i dobro zdravlje,
dipl. m. inž. Mladen Popović