Гидротехнические сооружения Вариант 6 контрольная

В рамках настоящей работы студентам предлагается произвести водно-энергетический расчет мощности гидроэлектростанции (ГЭС).

В результате решения контрольной работы студентом должны быть определены среднемесячные значения мощности ГЭС в соответствии с заданными повариантно исходными данными, а также установленная, обеспеченная среднесуточная, среднегодовая мощности ГЭС и годовая выработка электроэнергии.

Выбор варианта и соответствующих ему исходных данных осуществляется студентом по таблице 1 в соответствии с последней цифрой его ИНС.

Таблица 1

Исходные данные для расчета

Последняя цифра ИНС Вариант Площадь живого сечения реки \omega , м2 Ширина реки B, м Коэффициент шероховатости n Уклон уровня воды i, ‰ Напор воды Н, м
1 1 80 50 0,025 0,15 4,0
2 2 145 80 0,0265 0,13 4,3
3 3 197 100 0,0280 0,11 4,6
4 4 330 150 0,0295 0,10 5,0
5 5 1 080 450 0,0310 0,08 5,5
6 6 2 450 980 0,0325 0,07 6,0
7 7 4 000 1 430 0,0340 0,06 6,5
8 8 5 550 1 850 0,0355 0,04 7,0
9 9 8 540 2 440 0,0370 0,03 7,5
10 11 400 2 850 0,0385 0,02 8,0
ВОДНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Мощностью N называется работа, производимая в единицу времени. По заданной мощности гидроузла строители и энергетики выбирают количество и мощность отдельных станций и тип гидротурбин. Мощность гидроэлектостанции (ГЭС) в киловаттах (кВт) рассчитывается по формуле

N=\mathit{g\eta }\text{QH},
(1)

где Q - расход воды, проходящей через турбины ГЭС, м3/с, расчет которого производится для того времени года, когда горизонт воды в реке низок;

Н - напор воды в агрегатах, м;

η - КПД турбин и генераторов (в среднем, равен 0,75);

g - ускорение свободного падения, м/с2 (принимаем равным 9,81).

При этом следует разделять установленную и фактическую мощность ГЭС.

Установленная мощность ГЭС - это суммарная мощность всех ее агрегатов.

Фактическая мощность ГЭС - величина переменная, зависит от расхода воды, напора и других факторов.

Таким образом, расчет мощности ГЭС возможен после того, как будут найдены расход и напор воды для проектируемой станции.

Определение возможных расходов воды на ГЭС
Расход воды, м3/с, можно определить по формуле

Q={\upsilon }_{\text{cp}}\omega,
(2)

где {\upsilon }_{\text{cp}} - средняя скорость воды в живом сечении реки, м/с;

\omega - площадь живого сечения реки, м2 (определена исходными данными в табл. 1).

Во многих расчетах гидротехнической практики необходимо и достаточно среднюю скорость воды в живом сечении реки вычислять теоретически. Для этого применяют формулу французского гидравлика Шези

{\upsilon }_{\text{cp}} = c \sqrt {R \cdot i},
(3)

где c - скоростной коэффициент Шези, зависящий от шероховатости русла и гидравлического радиуса R;

i - продольный уклон поверхности уровня воды (уклон реки).

В свою очередь, гидравлический радиус R - отношение площади живого сечения к длине смоченного периметра Р:

R=\omega /P.
(4)

Смоченный периметр Р - длина линии соприкосновения воды со стенками русла в данном живом сечении.

При относительно широких естественных руслах равнинных рек, где ширина русла больше средней глубины реки в 20 раз и более, Р = В, где В - ширина реки. Тогда за гидравлический радиус можно принять среднюю глубину живого сечения Тср:

R={T}_{\text{cp}}=\omega /B,
(5)

где \omega и В определены исходными данными (табл. 1).

Уклоном уровня воды i называется отношение падения уровня h на данном участке к длине этого участка L в горизонте (рис.1):



Рис. 1. Продольный уклон уровня воды в реке

i=h/L ,

или i=\left({H}_{2}-{H}_{1}\right)/L .

Обычно уклон выражается падением реки в сантиметр на километр, или безразмерной величиной - десятичной дробью, или в десятых долях процента - промилле. Например, L = 20 км, h = 0,8 м, i = 4 см/км, или i = 0,00004, или i = 0,04 ‰.

Равнинные реки имеют, как правило, в верховьях уклоны 0,1- 0,15 ‰, в среднем течении - 0,06-0,08 ‰, в низовьях - 0,02-0,03 ‰.

Для проведения расчета мощности ГЭС в рамках настоящего задания уклон реки i определен исходными данными (табл. 1).

Для вычисления коэффициента Шези с имеется много разных эмпирических формул. В инженерных расчетах наиболее распространена формула Маннинга:

c ={R}^{1/6}/n,
(6)

где n - коэффициент шероховатости, определяемый по специальным таблицам (для естественных русел в обычном состоянии он колеблется от 0,025 до 0,040). Для проведения расчета мощности ГЭС в рамках настоящего задания коэффициент шероховатости n определен исходными данными (табл. 1).

Таким образом, произведя расчеты по формулам (3), (5), (6), можно посчитать расход воды в реке (2).

Следует отметить, что расход воды значительно колеблется в течение года. Например, на р.Дон (Ростов-на-Дону) {Q}_{\text{max}} = 14290 м3/с, {Q}_{\text{min}} = 150 м3/с.

В соответствии с таблицей 2 можно получить распределение расходов воды в реке по месяцам года, приняв за 100 % расхода рассчитанное по формуле (2) значение.

Таблица 2

Распределение среднего расхода воды в реке по месяцам года

Месяц I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
% расхода 40 40 55 60 100 75 65 50 60 75 55 40
Расход, м3/с
Например, в ходе расчета было получено значение расходы воды 15 000 м3/с. Следовательно, в январе среднемесячное значение расхода составит 15 000·0,4 = 6 000 м3/с.

Определение возможных напоров воды на ГЭС
Как и среднемесячные значения расхода воды в реке подвержены изменению в течение года, так и колебания напора воды обладают амплитудой. Приняв за 100 % заданный уровень напора воды H, м (табл. 1), необходимо определить распределение средних значений уровня напора воды по месяцам (табл. 3).

Таблица 3

Распределение среднего напора воды на ГЭС по месяцам года

Месяц I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
% напора 100 100 90 88 81,5 86 87,5 88 88 86 90 100
Напор, м
Определение мощности ГЭС
Определив среднемесячные значения расхода воды (табл. 2) и напора (табл. 3), а также приняв равным КПД агрегатов ГЭС 0,75, можно определить среднесуточные значения мощности ГЭС, характерные для каждого месяца. Наиболее удобным будет представить эти значения в виде таблицы 4.

Таблица 4

Расчет мощности ГЭС

Месяц (i) Расход воды Qi, м3/с Напор Hi, м Мощность Ni, кВт
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
При этом максимальная мощность из представленных в столбце 3 таблицы 4 значений будет являться установленной мощностью ГЭС, а минимальная - обеспеченной среднесуточной мощностью ГЭС.

Обеспеченной среднесуточной мощностью ГЭС называется ее зарегулированная среднесуточная мощность, имеющая расчетную обеспеченность в многолетнем периоде. В первом приближении обеспеченную среднесуточную мощность ГЭС {N}_{\text{ср}\text{.}\text{сут}} определяют по расчетному маловодному году для энергетически напряженного месяца, например, декабря.

Среднемесячную мощность ГЭС можно рассчитать по формуле


(7)

Значение годовой выработки электроэнергии на ГЭС, кВт·ч, можно определить по формуле


(8)

где d - число дней в году (365);

\tau - число часов в сутках (24).

В рамках настоящей работы студентам предлагается произвести водно-энергетический расчет мощности гидроэлектростанции (ГЭС).

В результате решения контрольной работы студентом должны быть определены среднемесячные значения мощности ГЭС в соответствии с заданными повариантно исходными данными, а также установленная, обеспеченная среднесуточная, среднегодовая мощности ГЭС и годовая выработка электроэнергии.

Выбор варианта и соответствующих ему исходных данных осуществляется студентом по таблице 1 в соответствии с последней цифрой его ИНС.

Таблица 1

Исходные данные для расчета

Последняя цифра ИНС Вариант Площадь живого сечения реки \omega , м2 Ширина реки B, м Коэффициент шероховатости n Уклон уровня воды i, ‰ Напор воды Н, м
1 1 80 50 0,025 0,15 4,0
2 2 145 80 0,0265 0,13 4,3
3 3 197 100 0,0280 0,11 4,6
4 4 330 150 0,0295 0,10 5,0
5 5 1 080 450 0,0310 0,08 5,5
6 6 2 450 980 0,0325 0,07 6,0
7 7 4 000 1 430 0,0340 0,06 6,5
8 8 5 550 1 850 0,0355 0,04 7,0
9 9 8 540 2 440 0,0370 0,03 7,5
10 11 400 2 850 0,0385 0,02 8,0
ВОДНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Мощностью N называется работа, производимая в единицу времени. По заданной мощности гидроузла строители и энергетики выбирают количество и мощность отдельных станций и тип гидротурбин. Мощность гидроэлектостанции (ГЭС) в киловаттах (кВт) рассчитывается по формуле

N=\mathit{g\eta }\text{QH},
(1)

где Q - расход воды, проходящей через турбины ГЭС, м3/с, расчет которого производится для того времени года, когда горизонт воды в реке низок;

Н - напор воды в агрегатах, м;

η - КПД турбин и генераторов (в среднем, равен 0,75);

g - ускорение свободного падения, м/с2 (принимаем равным 9,81).

При этом следует разделять установленную и фактическую мощность ГЭС.

Установленная мощность ГЭС - это суммарная мощность всех ее агрегатов.

Фактическая мощность ГЭС - величина переменная, зависит от расхода воды, напора и других факторов.

Таким образом, расчет мощности ГЭС возможен после того, как будут найдены расход и напор воды для проектируемой станции.

Определение возможных расходов воды на ГЭС
Расход воды, м3/с, можно определить по формуле

Q={\upsilon }_{\text{cp}}\omega,
(2)

где {\upsilon }_{\text{cp}} - средняя скорость воды в живом сечении реки, м/с;

\omega - площадь живого сечения реки, м2 (определена исходными данными в табл. 1).

Во многих расчетах гидротехнической практики необходимо и достаточно среднюю скорость воды в живом сечении реки вычислять теоретически. Для этого применяют формулу французского гидравлика Шези

{\upsilon }_{\text{cp}} = c \sqrt {R \cdot i},
(3)

где c - скоростной коэффициент Шези, зависящий от шероховатости русла и гидравлического радиуса R;

i - продольный уклон поверхности уровня воды (уклон реки).

В свою очередь, гидравлический радиус R - отношение площади живого сечения к длине смоченного периметра Р:

R=\omega /P.
(4)

Смоченный периметр Р - длина линии соприкосновения воды со стенками русла в данном живом сечении.

При относительно широких естественных руслах равнинных рек, где ширина русла больше средней глубины реки в 20 раз и более, Р = В, где В - ширина реки. Тогда за гидравлический радиус можно принять среднюю глубину живого сечения Тср:

R={T}_{\text{cp}}=\omega /B,
(5)

где \omega и В определены исходными данными (табл. 1).

Уклоном уровня воды i называется отношение падения уровня h на данном участке к длине этого участка L в горизонте (рис.1):



Рис. 1. Продольный уклон уровня воды в реке

i=h/L ,

или i=\left({H}_{2}-{H}_{1}\right)/L .

Обычно уклон выражается падением реки в сантиметр на километр, или безразмерной величиной - десятичной дробью, или в десятых долях процента - промилле. Например, L = 20 км, h = 0,8 м, i = 4 см/км, или i = 0,00004, или i = 0,04 ‰.

Равнинные реки имеют, как правило, в верховьях уклоны 0,1- 0,15 ‰, в среднем течении - 0,06-0,08 ‰, в низовьях - 0,02-0,03 ‰.

Для проведения расчета мощности ГЭС в рамках настоящего задания уклон реки i определен исходными данными (табл. 1).

Для вычисления коэффициента Шези с имеется много разных эмпирических формул. В инженерных расчетах наиболее распространена формула Маннинга:

c ={R}^{1/6}/n,
(6)

где n - коэффициент шероховатости, определяемый по специальным таблицам (для естественных русел в обычном состоянии он колеблется от 0,025 до 0,040). Для проведения расчета мощности ГЭС в рамках настоящего задания коэффициент шероховатости n определен исходными данными (табл. 1).

Таким образом, произведя расчеты по формулам (3), (5), (6), можно посчитать расход воды в реке (2).

Следует отметить, что расход воды значительно колеблется в течение года. Например, на р.Дон (Ростов-на-Дону) {Q}_{\text{max}} = 14290 м3/с, {Q}_{\text{min}} = 150 м3/с.

В соответствии с таблицей 2 можно получить распределение расходов воды в реке по месяцам года, приняв за 100 % расхода рассчитанное по формуле (2) значение.

Таблица 2

Распределение среднего расхода воды в реке по месяцам года

Месяц I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
% расхода 40 40 55 60 100 75 65 50 60 75 55 40
Расход, м3/с
Например, в ходе расчета было получено значение расходы воды 15 000 м3/с. Следовательно, в январе среднемесячное значение расхода составит 15 000·0,4 = 6 000 м3/с.

Определение возможных напоров воды на ГЭС
Как и среднемесячные значения расхода воды в реке подвержены изменению в течение года, так и колебания напора воды обладают амплитудой. Приняв за 100 % заданный уровень напора воды H, м (табл. 1), необходимо определить распределение средних значений уровня напора воды по месяцам (табл. 3).

Таблица 3

Распределение среднего напора воды на ГЭС по месяцам года

Месяц I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
% напора 100 100 90 88 81,5 86 87,5 88 88 86 90 100
Напор, м
Определение мощности ГЭС
Определив среднемесячные значения расхода воды (табл. 2) и напора (табл. 3), а также приняв равным КПД агрегатов ГЭС 0,75, можно определить среднесуточные значения мощности ГЭС, характерные для каждого месяца. Наиболее удобным будет представить эти значения в виде таблицы 4.

Таблица 4

Расчет мощности ГЭС

Месяц (i) Расход воды Qi, м3/с Напор Hi, м Мощность Ni, кВт
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
При этом максимальная мощность из представленных в столбце 3 таблицы 4 значений будет являться установленной мощностью ГЭС, а минимальная - обеспеченной среднесуточной мощностью ГЭС.

Обеспеченной среднесуточной мощностью ГЭС называется ее зарегулированная среднесуточная мощность, имеющая расчетную обеспеченность в многолетнем периоде. В первом приближении обеспеченную среднесуточную мощность ГЭС {N}_{\text{ср}\text{.}\text{сут}} определяют по расчетному маловодному году для энергетически напряженного месяца, например, декабря.

Среднемесячную мощность ГЭС можно рассчитать по формуле


(7)

Значение годовой выработки электроэнергии на ГЭС, кВт·ч, можно определить по формуле


(8)

где d - число дней в году (365);

\tau - число часов в сутках (24)

Оценка "Отлично"
Гидротехнические сооружения
Вариант 6

В рамках настоящей работы студентам предлагается произвести водно-энергетический расчет мощности гидроэлектростанции (ГЭС).

В результате решения контрольной работы студентом должны быть определены среднемесячные значения мощности ГЭС в соответствии с заданными повариантно исходными данными, а также установленная, обеспеченная среднесуточная, среднегодовая мощности ГЭС и годовая выработка электроэнергии.

Выбор варианта и соответствующих ему исходных данных осуществляется студентом по таблице 1 в соответствии с последней цифрой его ИНС.

Таблица 1

Исходные данные для расчета

Последняя цифра ИНС Вариант Площадь живого сечения реки \omega , м2 Ширина реки B, м Коэффициент шероховатости n Уклон уровня воды i, ‰ Напор воды Н, м
1 1 80 50 0,025 0,15 4,0
2 2 145 80 0,0265 0,13 4,3
3 3 197 100 0,0280 0,11 4,6
4 4 330 150 0,0295 0,10 5,0
5 5 1 080 450 0,0310 0,08 5,5
6 6 2 450 980 0,0325 0,07 6,0
7 7 4 000 1 430 0,0340 0,06 6,5
8 8 5 550 1 850 0,0355 0,04 7,0
9 9 8 540 2 440 0,0370 0,03 7,5
10 11 400 2 850 0,0385 0,02 8,0
ВОДНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Мощностью N называется работа, производимая в единицу времени. По заданной мощности гидроузла строители и энергетики выбирают количество и мощность отдельных станций и тип гидротурбин. Мощность гидроэлектостанции (ГЭС) в киловаттах (кВт) рассчитывается по формуле

N=\mathit{g\eta }\text{QH},
(1)

где Q - расход воды, проходящей через турбины ГЭС, м3/с, расчет которого производится для того времени года, когда горизонт воды в реке низок;

Н - напор воды в агрегатах, м;

η - КПД турбин и генераторов (в среднем, равен 0,75);

g - ускорение свободного падения, м/с2 (принимаем равным 9,81).

При этом следует разделять установленную и фактическую мощность ГЭС.

Установленная мощность ГЭС - это суммарная мощность всех ее агрегатов.

Фактическая мощность ГЭС - величина переменная, зависит от расхода воды, напора и других факторов.

Таким образом, расчет мощности ГЭС возможен после того, как будут найдены расход и напор воды для проектируемой станции.

Определение возможных расходов воды на ГЭС
Расход воды, м3/с, можно определить по формуле

Q={\upsilon }_{\text{cp}}\omega,
(2)

где {\upsilon }_{\text{cp}} - средняя скорость воды в живом сечении реки, м/с;

\omega - площадь живого сечения реки, м2 (определена исходными данными в табл. 1).

Во многих расчетах гидротехнической практики необходимо и достаточно среднюю скорость воды в живом сечении реки вычислять теоретически. Для этого применяют формулу французского гидравлика Шези

{\upsilon }_{\text{cp}} = c \sqrt {R \cdot i},
(3)

где c - скоростной коэффициент Шези, зависящий от шероховатости русла и гидравлического радиуса R;

i - продольный уклон поверхности уровня воды (уклон реки).

В свою очередь, гидравлический радиус R - отношение площади живого сечения к длине смоченного периметра Р:

R=\omega /P.
(4)

Смоченный периметр Р - длина линии соприкосновения воды со стенками русла в данном живом сечении.

При относительно широких естественных руслах равнинных рек, где ширина русла больше средней глубины реки в 20 раз и более, Р = В, где В - ширина реки. Тогда за гидравлический радиус можно принять среднюю глубину живого сечения Тср:

R={T}_{\text{cp}}=\omega /B,
(5)

где \omega и В определены исходными данными (табл. 1).

Уклоном уровня воды i называется отношение падения уровня h на данном участке к длине этого участка L в горизонте (рис.1):



Рис. 1. Продольный уклон уровня воды в реке

i=h/L ,

или i=\left({H}_{2}-{H}_{1}\right)/L .

Обычно уклон выражается падением реки в сантиметр на километр, или безразмерной величиной - десятичной дробью, или в десятых долях процента - промилле. Например, L = 20 км, h = 0,8 м, i = 4 см/км, или i = 0,00004, или i = 0,04 ‰.

Равнинные реки имеют, как правило, в верховьях уклоны 0,1- 0,15 ‰, в среднем течении - 0,06-0,08 ‰, в низовьях - 0,02-0,03 ‰.

Для проведения расчета мощности ГЭС в рамках настоящего задания уклон реки i определен исходными данными (табл. 1).

Для вычисления коэффициента Шези с имеется много разных эмпирических формул. В инженерных расчетах наиболее распространена формула Маннинга:

c ={R}^{1/6}/n,
(6)

где n - коэффициент шероховатости, определяемый по специальным таблицам (для естественных русел в обычном состоянии он колеблется от 0,025 до 0,040). Для проведения расчета мощности ГЭС в рамках настоящего задания коэффициент шероховатости n определен исходными данными (табл. 1).

Таким образом, произведя расчеты по формулам (3), (5), (6), можно посчитать расход воды в реке (2).

Следует отметить, что расход воды значительно колеблется в течение года. Например, на р.Дон (Ростов-на-Дону) {Q}_{\text{max}} = 14290 м3/с, {Q}_{\text{min}} = 150 м3/с.

В соответствии с таблицей 2 можно получить распределение расходов воды в реке по месяцам года, приняв за 100 % расхода рассчитанное по формуле (2) значение.

Таблица 2

Распределение среднего расхода воды в реке по месяцам года

Месяц I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
% расхода 40 40 55 60 100 75 65 50 60 75 55 40
Расход, м3/с
Например, в ходе расчета было получено значение расходы воды 15 000 м3/с. Следовательно, в январе среднемесячное значение расхода составит 15 000·0,4 = 6 000 м3/с.

Определение возможных напоров воды на ГЭС
Как и среднемесячные значения расхода воды в реке подвержены изменению в течение года, так и колебания напора воды обладают амплитудой. Приняв за 100 % заданный уровень напора воды H, м (табл. 1), необходимо определить распределение средних значений уровня напора воды по месяцам (табл. 3).

Таблица 3

Распределение среднего напора воды на ГЭС по месяцам года

Месяц I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
% напора 100 100 90 88 81,5 86 87,5 88 88 86 90 100
Напор, м
Определение мощности ГЭС
Определив среднемесячные значения расхода воды (табл. 2) и напора (табл. 3), а также приняв равным КПД агрегатов ГЭС 0,75, можно определить среднесуточные значения мощности ГЭС, характерные для каждого месяца. Наиболее удобным будет представить эти значения в виде таблицы 4.

Таблица 4

Расчет мощности ГЭС

Месяц (i) Расход воды Qi, м3/с Напор Hi, м Мощность Ni, кВт
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
При этом максимальная мощность из представленных в столбце 3 таблицы 4 значений будет являться установленной мощностью ГЭС, а минимальная - обеспеченной среднесуточной мощностью ГЭС.

Обеспеченной среднесуточной мощностью ГЭС называется ее зарегулированная среднесуточная мощность, имеющая расчетную обеспеченность в многолетнем периоде. В первом приближении обеспеченную среднесуточную мощность ГЭС {N}_{\text{ср}\text{.}\text{сут}} определяют по расчетному маловодному году для энергетически напряженного месяца, например, декабря.

Среднемесячную мощность ГЭС можно рассчитать по формуле


(7)

Значение годовой выработки электроэнергии на ГЭС, кВт·ч, можно определить по формуле


(8)

где d - число дней в году (365);

\tau - число часов в сутках (24).