Выбор системы, типа гидротурбины и разработка эскиза турбинной установки
Министерство образования и науки
Кыргызской Республики
Кыргызский государственный
технический университет им. И. Раззакова
Энергетический факультет
Кафедра «Возобновляемые источники
энергии»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По дисциплине
Гидроэнергетические установки
По теме:
Выбор системы, типа гидротурбины и
разработка эскиза турбинной установки
Выполнил: студент гр. РЗ-1-07
Озубеков А.К.
Принял: старший преподаватель
Жабудаев Т.Ж.
Бишкек - 2009
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:
1. Установленная мощность ГЭС NГЭС = 520 000 кВт
2. Количество агрегатов ГЭС zагр= 4
3. Мощность одного агрегата NТ= 130 000 кВт
4. Температура места расположения ГЭС tн= 30 оС
5. Универсальная характеристика
6. Отметки горизонтов верхнего и нижнего
уровней воды
Уровни воды
|
Отметки, м
|
|
Расчетная
|
Максимальная
|
Минимальная
|
Верхний уровень (ВУ)
|
1728
|
1730
|
1726
|
Нижний уровень (НУ)
|
1663
|
1664
|
1659
|
Состав и
объем проекта
Расчетно-пояснительная записка включает в себя следующие этапы:
1. Выбор типа турбины и определение ее
основных параметров
2. Расчет и построение рабочих
характеристик выбранной турбины
3. Построение эксплуатационной
характеристики турбины
4. Гидромеханический расчет спиральной
камеры
5. Определение основных размеров и
конфигурации отсасывающей трубы
6. Разработка габаритного эскиза
турбинной установки
Гидравлические расчеты сопровождаются таблицами, рабочими и
эксплуатационными характеристиками. Рекомендуется строить каждую группу
графиков на отдельном листе миллиметровой бумаги формата A3. Масштабы должны быть удобными для
пользования (одинаковыми для всех графиков).
Расчетные формулы приводятся с расшифровкой величин и ссылкой на
литературные источники. Расчеты выполняются с использованием нормативной и
справочной литературы. Объем расчетно-пояснительной записки 25-30 страниц.
Графическая
часть
На ватмане формата А1 вычертить в масштабе 1:20; 1:50; 1:100 или 1:200
габаритный эскиз установки турбины. Все характерные размеры проточной части
пересчитать с модельной турбины (по эскизу, помещенному в левой части
универсальной характеристики), пересчет производится умножением соответствующих
коэффициентов на диаметр рабочего колеса D1. На чертеже размеры
указываются либо все в м, либо все в мм.
Чертежи выполнить в соответствии с требованиями ГОСТ.
График
выполнения проекта
Сроки выполнения
|
Наименование работ
|
Отметка о выполнении
|
3-6 недели
|
Выбор типа турбины, определение ее основных параметров
Расчет и построение рабочих характеристик выбранной турбины
|
|
7 - 9 недели
|
Построение эксплуатационной характеристики турбины
Гидромеханический расчет спиральной камеры Определение основных размеров и
конфигурации отсасывающей трубы
|
|
10-12 недели
|
Разработка габаритного эскиза турбинной установки.
|
|
13-15 недели
|
Проверка, оформление и защита курсового проекта.
|
|
1.
Выбор гидротурбины
1.1 Определение рабочих напоров гидротурбины:
(1)
где
- отметки горизонтов верхнего и нижнего уровней, м (указываются в задании).
.2.
Выбор системы и типа гидротурбины
производится
по величине максимального напора так, чтобы значение было бы близко к предельному напору выбранного типа, но не превышало его, т.е. .
.3
Определение номинального диаметра рабочего колеса D1, м, выбранных
типов турбин (предварительно)
ПЛ 5 и
5,3 (2)
РО 4,25
и 4,5
где
NТ - мощность турбины, кВт;
Нр
- расчетный напор, м;1 -приведенный расход воды, принятый по /Л.8/
табл. 1-4, м3/с; - КПД
модельной турбины, рекомендуется подставлять значение КПД модели м о,
которое указано по /Л.8/ табл. 1-4.
Полученное
по формуле (2) значение D1 округляется до ближайшего стандартного
значения по /Л.8/ .
.4.
Определение максимального значения КПД натурной турбины
Для
ПЛ
,3
Для
РО (3)
,25
,5
Здесь
и в дальнейшем индекс «н» относится к натурной, индекс «м» - к модельной
турбинам; м о- максимальное значение КПД модели (указано по
/Л.8/ табл. 1-4); Re - число Рейнольдса, причем
Для
ПЛ
,3
Для
РО (4)
,25
,5
где
υ- коэффициент кинематической вязкости воды, зависящий
от ее температуры t.
Значения
номинального диаметра модели D1м, напора, при котором проводились ее
испытания Нм, и температуры воды при испытаниях tм
указаны в /Л.8/ табл. 1-4. В качестве D1н подставляется принятое
стандартное значение D1, а Нн принимается равным Нр.
Зависимость υ(t) приводится в /Л.8/ табл. 5.
Таблица 1
Максимальное значение кпд натурной турбины.
Тип турбины
|
Для ПЛ D1, мм
|
Для РО D1, мм
|
|
5
|
5,3
|
4,25
|
4,5
|
н о
|
0,9439
|
0,9446
|
0,953
|
0,9533
|
Определение поправки КПД за счет масштабного эффекта и отношения КПД
натурной и модельной турбин в оптимальном режиме:
Для ПЛ
5
,3
Для
РО (5)
,25
,5
Для ПЛ
5
,3
Для
РО (6)
,25
,5
Таблица 2
Масштабные коэффициенты и поправки к. п. д.
Тип турбины
|
Для ПЛ D1, мм
|
Для РО D1, мм
|
|
5
|
5,3
|
4,25
|
4,5
|
|
0,0419
|
0,0426
|
0,035
|
0,0353
|
m
|
1,046
|
1,047
|
1,038
|
1,038
|
.6 Определение частоты вращения турбины:
Для ПЛ
5
,3
Для
РО (7)
4,25
,5
где
n1p , об/мин - расчетное значение приведенной частоты
вращения. Предварительно принимаем n1p = n1о
по /Л.8/ табл. 1-4.
Полученное по
формуле (7) значение округляется до ближайшего (большего или меньшего)
синхронного значения частоты вращения nc, об/мин по /Л.8/ табл. 1-4.
Таблица 3
Частота вращения турбин.
Тип турбины
|
Для ПЛ D1, мм
|
Для РО D1, мм
|
|
5
|
5,3
|
4,25
|
4,5
|
n1p = n1о, об/мин
|
100
|
100
|
79
|
79
|
n, об/мин
|
165
|
155,6
|
153
|
144,2
|
nc, об/мин
|
166,7
|
150
|
150
|
142,8
|
.7 Уточнение расчетной приведенной частоты вращения:
Для ПЛ
5
,3
Для
РО (8)
,25
,5
где
n, об/мин - принятое синхронное значение частоты вращения.
Таблица 4
Уточнение частоты вращения турбин
Тип турбины
|
Для ПЛ D1, мм
|
Для РО D1, мм
|
|
5
|
5,3
|
4,25
|
4,5
|
n1p
|
101
|
96,4
|
77,6
|
78,3
|
.8 Определение рабочей зоны турбины на универсальной характеристике:
Для ПЛ
5
,3
Для
РО (9)
,25
,5
Для
ПЛ
,3
Для
РО (10)
,25
,5
Таблица 5
Рабочая зона выбранных типов турбин
Тип турбины
|
Для ПЛ D1, мм
|
Для РО D1, мм
|
|
5
|
5,3
|
4,25
|
4,5
|
n1max, об/мин
|
103,5
|
98,6
|
79,5
|
80
|
n1min, об/мин
|
97
|
92
|
74,3
|
75
|
.9 Определение «расчетной точки» турбины на универсальной характеристике.
Вычисляется произведение
Для ПЛ
5
,3
Для
РО (11)
,25
,5
где
N, кВт - номинальная мощность турбины по заданию;1, м - выбранное
стандартное значение;р, м - расчетный напор. Далее определяется, в
какой точке универсальной характеристики, расположенной на линии n1р=соnst,
произведение Q1 и КПД модели м дает
значение, полученное по формуле (11). Поиск ведется методом последовательных
приближений.
Для
найденной «расчетной точки» выписываем из универсальной характеристики значения
расхода Q1 , кпд модели м и коэффициента
кавитации σ.
Таблица 6
Определение «расчетной точки» выбранных типов турбин
Тип турбины
|
Для ПЛD1, мм
|
Для РОD1, мм
|
|
5
|
5,3
|
4,25
|
4,5
|
Q1м
|
0,945
|
0,84
|
1,32
|
1,18
|
Q1, м3/с
|
0,105
|
0,94
|
1,34
|
1,32
|
м
|
0,883
|
0,887
|
0,8
|
0,82
|
σ
|
0,327
|
0,27
|
0,244
|
0,235
|
.10 Определение высоты отсасывания
Для ПЛ
5
,3
Для
РО (12)
,25
,5
где
Н = Нр, м;
σ - коэффициент кавитации турбины в «расчетной точке» (см. п. 1.9);
отметка расположения рабочего колеса натурной турбины над уровнем моря
(принимается НУр); Нs=1,5 м -
дополнительное заглубление рабочего колеса, учитывающее неточности определения σ при испытаниях моделей, масштабный эффект и
антикавитационный запас; Zx.пл- разность высотных отметок
двух характерных плоскостей турбины: новой, относительно которой определяется Нs
натурной турбины, и старой, относительно которой определялась Нsм
при кавитационных испытаниях моделей. Zx.пл определяется
следующим образом:
· для осевых горизонтальных капсульных турбин (ПЛ-ГК) Zx.пл
= - D1 /2;
· для осевых вертикальных ПЛ - турбин (ПЛ-В) Zx.пл = 0;
· для вертикальных ПЛД- и РО - турбин Zx.пл
= bо /2.
Здесь bо - высота направляющего аппарата (НА)
турбины, которая пересчитывается с модели
Для РО (12)
4,25
,5
(13)
где
bо м -
высота направляющего аппарата модельной турбины (указана на УХ, а также в /Л.8/
табл. 1-4); D1м - диаметр модели (указан на УХ, а также в /Л.8/
табл. 1-4).
Таблица 7
Высота отсасывания (допустимая) выбранных типов турбин
Тип турбины
|
Для ПЛD1, мм
|
Для РОD1, мм
|
|
5
|
5,3
|
4,25
|
4,5
|
Нsдоп, м
|
-14,6
|
-10,9
|
-7,81
|
-7,15
|
.11 Высоты заглубления подошвы отсасывающей трубы относительно нижнего
бьефа определяются так:
Для ПЛ
5
,3
Для
РО
,25
,5
.
Причем значения:
· высоты отсасывающей трубы h по
/Л.8/ табл. 18;
· высоты ;
· высоты
направляющего аппарата bо
пересчитываются с модели.
.12 Сопоставление различных вариантов турбин и выбор оптимального
Данные расчетов по всем рассматриваемым вариантам турбин сводятся в табл.
8.
При определении н в «расчетной точке» (табл. 8, граф.
7) следует учесть поправку на масштабный эффект:
Для ПЛ
н = 0,883 + 0,0419 = 0,9249
,3 н = 0,887 + 0,0426 = 0,9296 ,
Для РО (14)
,25 н = 0,8 + 0,035 = 0,835
,5 н = 0,82 + 0,0353 = 0,8553
где м - КПД модели в «расчетной точке»;
- определенная по формуле (5) поправка.
Таблица 8
№ варианта
|
Марка турбины
|
D1, м
|
n, об/мин
|
Нs, м
|
н о, %
|
н в «расчетной точке»
|
n1p, об/мин
|
n1о об/мин
|
В, м
|
hз, м
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
1
|
ПЛ
|
5
|
167
|
-14,6
|
0,9439
|
0,9249
|
101
|
100
|
18,05
|
25
|
2
|
ПЛ
|
5,3
|
150
|
-10,9
|
0,9443
|
0,9296
|
96,4
|
100
|
19,133
|
21,98
|
3
|
РО
|
4,25
|
150
|
-7,81
|
0,953
|
0,835
|
79
|
16,7
|
16,63
|
4
|
РО
|
4,5
|
142,8
|
-7,15
|
0,9533
|
0,8553
|
78,3
|
79
|
17,68
|
16,56
|
Сравним различные варианты турбин:
Так как колебания напора ГЭС не очень велики, то можно выбрать РО
турбины.
Вариант с РО турбинами при одинаковом числе агрегатов дает меньшую
стоимость турбины и строительных работ.
РО колеса этого типа имеют самую большую быстроходность и большие
значения кавитационных коэффициентов.
Сравнив два варианта РО турбин, выбираем РО 75 - ВМ - 425.
Так как D1 = 4.25 м - предпочтительнее выбрать турбину с меньшим
диаметром рабочего колеса, так как это влияет на массу и размеры гидротурбины.
РО 75 - ВМ - 425 имеет высокую частоту вращения n = 150 об/мин. От частоты вращения n зависит масса и размеры генератора. Частота вращения ротора
и рабочего колеса турбины при работе под нагрузкой всегда должны быть строго
постоянными, равными синхронной частоте вращения.
Также выбранная турбина обладает высоким КПД. Лишь незначительно уступая
КПД РО 75 - ВМ - 450.
HS = - 7.81 м - высота отсасывания характеризует положение турбины
относительно уровня НБ. Может быть тем больше, чем меньше кавитационный
коэффициент турбины.
Следовательно, РО 75 - ВМ - 425 обладает лучшими кавитационными
качествами, чем РО 75 - ВМ - 450
РО 75 - ВМ - 425 имеет наименьшие размеры блока В = 16.7 и небольшую
высоту заглаживания hз = 16.63 м.
гидротурбина гидромеханический спиральный труба
2. Расчет и построение рабочих характеристик гидротурбины
Для
выбранной гидротурбины необходимо рассчитать и построить зависимость =f(N),
HS=f1(N), и Q=f2(N) при нормальной
(синхронной) частоте вращения n для четырех значений напора, а именно: Hp,
, и Hср,
причем среднее значение (с округлением до 0,5 м) определяется так:
ср = (65 +71)/2
= 68, если (- Hp)=6 >( Hp -)=4;
Расчет рабочих характеристик производится на основании УХ модели. Данные
расчета рекомендуется свести в табл. 9.
Пояснения к табл. 9.
2.1
Такие таблицы заполняются для каждого напора Hp, , и Hср.
Каждому
напору соответствует определенное значение приведенной частоты вращения,
определяемое по формуле
ср (15)p
.2
В графы 2 и 3 табл. 9 записываются значения КПД модели и приведенного расхода,
определяемые по универсальной характеристике модели в точках пересечения линии
n1=const с изолиниями КПД
Рекомендуется
пересчитать и режимы с наибольшим значением м при каждом n1,
которые определяются по универсальной характеристике в середине между точками
пересечения линии n1=const с центральной изолинией КПД.
.3
В графы 4, 5 и 6 табл. 9 записываются значения коэффициента кавитации ,
КПД модели м и приведенного расхода Q1σ, определяемые по универсальной характеристике в
точках пересечения линии n1=const с изолиниями
При
этом значения м определяются с помощью линейной
интерполяции.
.4
В графы 7, 8 и 9 табл. 9 записываются значения КПД, расхода и мощности натурной
турбины, вычисленные по формулам
=
D21(mH)0,5Q1 = kQQ1;
(17)= 9,81D21(mH)1,5Q1м
= kNQ1м (18)
Здесь
- поправка на масштабный эффект, вычисленная по формуле (5) для оптимального
режима турбины и условно принимаемая постоянной во всей рабочей зоне турбины; m
- вычисленное по формуле (6) отношение КПД натуры и модели; значения м
и Q1 берутся из граф 2 и 3 табл. 9.
2.5
В графах 10 и 11 табл. 9 записываются значения допустимой высоты отсасывания , вычисляемые по формуле (12), и соответствующие им
значения мощности натурной турбины:
σ = kNQ1σ м σ, (19)
где kN - определенный по формуле (18) коэффициент мощности, Q1σ и м σ берутся из граф 5 и 6 табл. 9. В формулу (12) надо
подставлять то значение напора, для которого вычисляется HS.
.6 По данным табл. 9 строятся рабочие характеристики турбины для четырех
напоров, причем данные берутся для:
· = f (N) - из граф 7 и 9;
· HS =
f1 (N) - из граф 10 и 11;
· Q = f2 (N) - из граф 8 и 9.
Таблица 9а
Для Нр=65 м
№ точек
|
Модель n1= 77,7 об/мин
|
Натура НР= 65 м; kQ= 148 kN= 98200
|
|
м
|
Q1, 3/с
|
σ
|
м σ
|
Q1σ, м3/с
|
|
Q м3/с
|
N, кВт
|
Нsдоп, м
|
Nσ, кВт
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
1
|
0,82
|
0,63
|
0,073
|
0,852
|
0,719
|
0,855
|
93,24
|
50730
|
3,17
|
60015
|
2
|
0,84
|
0,68
|
0,077
|
0,875
|
0,8
|
0,875
|
100,64
|
56091
|
3,04
|
68740
|
3
|
0,86
|
0,745
|
0,084
|
0,896
|
0,87
|
0,895
|
110,26
|
62916
|
2,59
|
76549
|
4
|
0,88
|
0,83
|
0,092
|
0,91
|
0,92
|
0,915
|
122,84
|
71725
|
2,07
|
82213
|
5
|
0,90
|
0,88
|
0,102
|
0,9176
|
0,96
|
0,935
|
130,24
|
77774
|
1,42
|
86503
|
6
|
0,91
|
0,92
|
0,11
|
0,9127
|
1,01
|
0,945
|
136,16
|
82213
|
0,9
|
90523
|
7
|
0,91
|
1,05
|
0,141
|
0,91
|
1,05
|
0,945
|
155,4
|
93830
|
-1,12
|
93830
|
8
|
0,90
|
1,13
|
0,162
|
0,906
|
1,085
|
0,935
|
167,24
|
99869
|
-2,48
|
96532
|
9
|
0,88
|
1,185
|
0,184
|
0,908
|
1,12
|
0,915
|
175,38
|
102403
|
-3,9
|
99865
|
10
|
0,86
|
1,235
|
0,204
|
0,89
|
1,175
|
0,895
|
182,78
|
104298
|
-5,2
|
102692
|
11
|
0,84
|
1,28
|
0,222
|
0,885
|
1,22
|
0,875
|
189,44
|
105584
|
-6,4
|
106026
|
12
|
0,82
|
1,315
|
0,235
|
0,865
|
1,28
|
0,855
|
194,62
|
105889
|
-7,2
|
108727
|
13
|
0,8
|
1,335
|
0,244
|
0,842
|
1,33
|
0,835
|
197,58
|
104877
|
-7,8
|
109970
|
Таблица 9б
Для Нmax= 71 м
№ точек
|
Модель n1= 75 об/мин
|
Натура Нmax= 71 м; kQ= 155 kN= 112106
|
|
м
|
Q1, м3/с
|
σ
|
м σ
|
Q1σ, м3/с
|
|
Q м3/с
|
N, кВт
|
Нsдоп, м
|
Nσ, кВт
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
1
|
0,82
|
0,6
|
0,065
|
0,84
|
0,675
|
0,855
|
93
|
55156
|
3,4
|
63564
|
2
|
0,84
|
0,68
|
0,07
|
0,868
|
0,76
|
0,875
|
105,4
|
64034
|
3,08
|
73954
|
3
|
0,86
|
0,738
|
0,078
|
0,896
|
0,85
|
0,895
|
114,39
|
71151
|
2,5
|
85379
|
4
|
0,88
|
0,795
|
0,085
|
0,91
|
0,92
|
0,915
|
123,22
|
78429
|
2,02
|
93855
|
5
|
0,90
|
0,865
|
0,093
|
0,912
|
0,95
|
0,935
|
134,07
|
87274
|
1,4
|
97128
|
6
|
0,91
|
0,92
|
0,1
|
0,911
|
0,98
|
0,945
|
142,6
|
93855
|
0,95
|
100085
|
7
|
0,91
|
1
|
0,125
|
0,909
|
1,02
|
0,945
|
155
|
102016
|
-0,8
|
103942
|
8
|
0,90
|
1,11
|
0,16
|
0,907
|
1,04
|
0,935
|
170,5
|
111993
|
-3,3
|
105747
|
9
|
0,88
|
1,17
|
0,185
|
0,905
|
1,06
|
0,915
|
181,35
|
115424
|
-5,08
|
107543
|
10
|
0,86
|
1,22
|
0,202
|
0,901
|
1,1
|
0,895
|
189,1
|
117621
|
-6,3
|
111108
|
11
|
1,26
|
0,22
|
0,888
|
1,142
|
0,875
|
195,3
|
118652
|
-7,57
|
113686
|
12
|
0,82
|
1,3
|
0,23
|
0,865
|
1,165
|
0,855
|
201,5
|
119504
|
-8,3
|
112972
|
13
|
0,8
|
1,33
|
0,242
|
0,84
|
1,2
|
0,835
|
206,15
|
119280
|
-9,1
|
113002
|
Таблица 9в
Для Нср=68 м
№ точек
|
Модель n1= 75,89 об/мин
|
Натура Нср= 68 м; kQ= 152 kN= 105077
|
|
м
|
Q1, м3/с
|
σ
|
м σ
|
Q1σ, м3/с
|
|
Q м3/с
|
N, кВт
|
Нsдоп, м
|
Nσ, кВт
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
1
|
0,82
|
0,62
|
0,068
|
0,83
|
0,65
|
0,875
|
94,24
|
53421
|
3,4
|
56689
|
2
|
0,84
|
0,68
|
0,073
|
0,862
|
0,74
|
0,895
|
103,36
|
60020
|
3,1
|
67026
|
3
|
0,86
|
0,74
|
0,08
|
0,89
|
0,84
|
0,915
|
112,48
|
66871
|
2,6
|
78555
|
4
|
0,88
|
0,8
|
0,087
|
0,908
|
0,91
|
0,935
|
121,6
|
73974
|
2,1
|
86823
|
5
|
0,90
|
0,87
|
0,095
|
0,917
|
0,94
|
0,945
|
132,24
|
82275
|
1,6
|
90863
|
6
|
0,91
|
0,92
|
0,105
|
0,919
|
0,98
|
0,945
|
139,84
|
87970
|
0,91
|
94634
|
7
|
0,91
|
1,02
|
0,132
|
0,915
|
1,02
|
0,935
|
155,04
|
97532
|
-0,9
|
98068
|
8
|
0,90
|
1,12
|
0,162
|
0,911
|
1,04
|
0,915
|
170,24
|
105917
|
-3
|
99554
|
9
|
0,88
|
1,17
|
0,185
|
0,9125
|
1,07
|
0,895
|
177,84
|
108187
|
-4,5
|
103073
|
10
|
0,86
|
1,22
|
0,202
|
0,902
|
1,11
|
0,875
|
185,44
|
110246
|
-5,7
|
105205
|
11
|
0,84
|
1,27
|
0,22
|
0,885
|
1,16
|
0,855
|
193,04
|
112096
|
-7
|
107872
|
12
|
0,82
|
1,31
|
0,23
|
0,865
|
1,21
|
0,835
|
199,12
|
112873
|
-7,6
|
110042
|
13
|
0,8
|
1,33
|
0,25
|
0,84
|
1,25
|
0,875
|
202,16
|
111802
|
-9
|
110330
|
Таблица 9г
Для Нmin= 62 м
№ точек
|
Модель n1= 79,48 об/мин
|
Натура Нmin= 62 м; kQ= 145 kN= 91481
|
|
м
|
Q1, м3/с
|
σ
|
м σ
|
Q1σ, м3/с
|
|
Q м3/с
|
N, кВт
|
Нsдоп, м
|
Nσ, кВт
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
1
|
0,82
|
0,64
|
0,078
|
0,83
|
0,65
|
0,875
|
92,8
|
48009
|
3,2
|
49354
|
2
|
0,84
|
0,69
|
0,084
|
0,86
|
0,755
|
0,895
|
100,05
|
53022
|
2,8
|
59398
|
3
|
0,86
|
0,74
|
0,09
|
0,88
|
0,83
|
0,915
|
107,3
|
58218
|
2,47
|
66817
|
4
|
0,88
|
0,83
|
0,1
|
0,898
|
0,89
|
0,935
|
120,35
|
66817
|
1,8
|
73113
|
5
|
0,90
|
0,91
|
0,112
|
0,91
|
0,94
|
0,945
|
131,95
|
74923
|
1,1
|
78252
|
6
|
0,91
|
0,94
|
0,12
|
0,916
|
1
|
0,95
|
136,3
|
78252
|
0,6
|
83796
|
7
|
0,915
|
0,97
|
0,126
|
0,914
|
1,04
|
0,95
|
140,65
|
81194
|
0,24
|
85958
|
8
|
0,915
|
1,03
|
0,137
|
0,919
|
1,09
|
0,945
|
149,35
|
86216
|
-0,4
|
90640
|
9
|
0,91
|
1,08
|
0,148
|
0,902
|
1,125
|
0,935
|
156,6
|
89907
|
-1,13
|
92830
|
10
|
0,90
|
1,13
|
0,165
|
0,888
|
1,18
|
0,915
|
163,85
|
93036
|
-2,2
|
95857
|
11
|
0,88
|
1,2
|
0,19
|
0,868
|
1,225
|
0,895
|
174
|
96603
|
-3,7
|
97271
|
12
|
0,86
|
1,24
|
0,21
|
0,847
|
1,28
|
179,8
|
97555
|
-4,9
|
99180
|
13
|
0,84
|
1,3
|
0,227
|
0,82
|
1,33
|
0,855
|
188,5
|
99897
|
-6,02
|
99769
|
14
|
0,82
|
1,32
|
0,24
|
0,78
|
1,37
|
0,835
|
191,4
|
99019
|
-6,8
|
97756
|
15
|
0,8
|
1,34
|
0,25
|
0,74
|
1,425
|
0,875
|
194,3
|
98067
|
-7,4
|
96466
|
3. Построение эксплуатационной характеристики турбины
Необходимо построить эксплуатационную напорно-мощностную характеристику
турбины, используя для этой цели построенные рабочие характеристики =f(N)
и HS=f1(N), а также
вспомогательные зависимости открытий направляющего аппарата ао=f3(N)
.1 Расчет зависимостей ао=f3 (N)
проводится
на основании универсальной характеристики турбины для четырех напоров (Hр,
, , Hcр).
Данные расчета рекомендуется свести в табл. 10 и 11.
.2
В графы 2, 3 и 4 табл. 10 записываются значения открытия модели ао м,
КПД модели и приведенного расхода в точках пересечения горизонтали n1=cоnst
c изолиниями аом на универсальной характеристике (значения м
определяются интерполяцией).
.3
В графу 5 табл. 10 записываются значения ао натурной турбины,
определяемые по формуле
ао
= ао м· 5,1 /0,46· 24 /20, (20)
где Dом и Zом - диаметр окружности расположения
осей лопаток направляющего аппарата и число этих лопаток у модели (указаны на
универсальной характеристике); Dо и Zо- то же для
натурной турбины в соответствии со стандартом, указаны в /Л.8/ табл. 16, причем
для РО - турбин
о = 1,2 · 4,25= 5,1, (21)
.6 Мощность в графе 6 (табл. 10) определяется по формуле (18)
.7 Используя данные табл. 10, строят зависимости ао= f3 (N)
для четырех напоров
3.8
В координатах N, H наносятся изолинии КПД (8-10 кривых через
1-2% КПД), линии равных допустимых высот отсасывания (4 - 5 линий), линии равных открытий направляющего
аппарата ао.
Для
этой цели графики зависимостей =f(N), HS=f1(N),
ао=f3(N) и рассекаются горизонтальными линиями, и точки
их пересечения переносятся на поле N, H (по соответствующим значениям напора и
мощности). Соединяя точки равных КПД, равных и т.д., получают эксплуатационную характеристику.
.9 На эксплуатационной характеристике проводится линия ограничения
мощности
причем:
а)
на участке от до Hр линия ограничения, как правило,
является вертикальной прямой (N=const) и соответствует значению номинальной
мощности турбины (ограничение по генератору);
б)
на участке от Hр до линия
ограничения является наклонной линией и соответствует постоянству одного из
следующих параметров:
ао
= сonst (ограничение по ао макс);
=const
(ограничение по мин).
При
этом ограничивающее значение принятого параметра (ао или ) соответствует величине этого параметра в «расчетной
точке» и определяется из построенных графиков ао=f3(N), =f1(N) для Hр и заданной
номинальной мощности. Из этих же графиков определяется и значение мощности N*,
которое соответствует линии ограничения при Hмин.
Конструктивная
реализация линии ограничения проще всего осуществляется при ао=const.
Поэтому следует отдавать им предпочтение.
Таблица 10а
Для Нр= 65 м
№ точек
|
Модель n1 = 77,7 об/мин
|
Натура Нр = 65 м; kN = 98200
|
|
ао м, мм
|
м
|
Q1, м3/с
|
ао, мм
|
N,кВт
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
1
|
16
|
0,819
|
0,62
|
212,7
|
49864
|
2
|
20
|
0,87
|
0,78
|
266
|
66638
|
3
|
24
|
0,911
|
0,935
|
319,1
|
83645
|
4
|
28
|
0,91
|
1,06
|
372,3
|
94723
|
5
|
32
|
0,892
|
1,149
|
425,4
|
100646
|
6
|
36
|
0,86
|
1,235
|
478,6
|
104298
|
7
|
40
|
0,83
|
1,3
|
531,8
|
105957
|
8
|
44
|
0,8
|
1,34
|
585,02
|
105270
|
9
|
48
|
0,78
|
1,37
|
638,2
|
104936
|
Таблица 10б
Для Нmax=71 м
№ точек
|
Модель n1 = 75 об/мин
|
Натура Нmax = 71 м; kN =112106
|
|
ао м, мм
|
м
|
Q1, м3/с
|
ао, мм
|
N, кВт
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
1
|
16
|
0,823
|
0,625
|
212,7
|
57664
|
2
|
20
|
0,878
|
0,785
|
266
|
77267
|
3
|
24
|
0,912
|
0,94
|
319,1
|
96106
|
4
|
28
|
0,906
|
1,05
|
372,3
|
106646
|
5
|
32
|
0,89
|
1,14
|
425,4
|
113743
|
6
|
36
|
0,858
|
1,23
|
478,6
|
118310
|
7
|
40
|
0,82
|
1,3
|
531,8
|
119505
|
8
|
44
|
0,79
|
1,34
|
585,02
|
118675
|
9
|
48
|
0,76
|
1,36
|
638,2
|
115872
|
Таблица 10в
Для Нср= 68 м
№ точек
|
Модель n1 = 75,89 об/мин
|
Натура Нср = 68 м; kN = 105077
|
|
ао м, мм
|
м
|
Q1, м3/с
|
ао, мм
|
N, кВт
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
1
|
16
|
0,82
|
0,62
|
212,7
|
53421
|
2
|
20
|
0,875
|
0,78
|
266
|
71715
|
3
|
24
|
0,911
|
0,94
|
319,1
|
89981
|
4
|
28
|
0,907
|
1,055
|
372,3
|
108085
|
5
|
32
|
0,89
|
1,14
|
425,4
|
116611
|
6
|
36
|
0,859
|
1,23
|
478,6
|
111021
|
7
|
40
|
0,82
|
1,3
|
531,8
|
112012
|
8
|
44
|
0,79
|
1,335
|
585,02
|
110819
|
9
|
48
|
0,76
|
1,370
|
638,2
|
109406
|
Таблица 10г
Для Нmin= 62 м
№ точек
|
Модель n1 = 79,48 об/мин
|
Натура Нmin = 62 м; kN = 91481
|
|
ао м, мм
|
м
|
Q1, м3/с
|
ао, мм
|
N, кВт
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
1
|
16
|
0,815
|
0,619
|
212,7
|
46151
|
2
|
20
|
0,867
|
0,78
|
266
|
61865
|
3
|
24
|
0,9035
|
0,93
|
319,1
|
76867
|
4
|
28
|
0,9125
|
1,06
|
372,3
|
88485
|
5
|
32
|
0,895
|
1,15
|
425,4
|
94157
|
6
|
36
|
0,865
|
1,239
|
478,6
|
98043
|
7
|
40
|
0,84
|
1,3
|
531,8
|
99897
|
8
|
44
|
0,8
|
1,35
|
585,02
|
98799
|
9
|
48
|
0,78
|
1,378
|
638,2
|
98327
|
3.10 Указания
а)
На эксплуатационной характеристике необходимо замкнуть те изолинии КПД, которые
замыкаются в поле характеристики (в пределах от до ). Для этого по формуле (16) определяется
соответствующее значение м =h-Dh (где Dh из п.1.5, h - КПД, для которого проводится расчет для замыкания), и по нему на
универсальной характеристике находится изолиния м=const.
Далее на универсальной характеристике определяются верхняя и нижняя горизонтали
n1=соnst, являющиеся касательными к изолинии м=соnst,
и в точках касания определяются значения n1, Q1,
по которым рассчитываются по формулам (15) и (18) значения Н и N точек
замыкания кривой на эксплуатационной характеристике.
Вывод
напора Н из формулы (15)
где
m - из п. 1.5; п - из п. 1.6.
Из формулы (18) мощность выражается
.
Вычисления свести в табл. 1.
Таблица 12
|
м
|
Q1, м3/с
|
n1, об/мин
|
Н, м
|
N, кВт
|
1
|
2
|
4
|
5
|
6
|
0,94
|
0,905
|
1,12
|
94,5
|
43,8
|
55047,4
|
0,93
|
0,895
|
1,14
|
95,5
|
42,9
|
53766,9
|
0,92
|
0,885
|
1,16
|
97
|
41,6
|
51605
|
0,91
|
0,875
|
1,2
|
99
|
39,9
|
49563
|
4. Разработка габаритного эскиза турбинной установки
.1 Турбинные камеры
В зависимости от значения напора спиральные камеры выполняются бетонными,
металлическими или сталежелезобетонными.
При напорах до 50 м применяются бетонные, от 50 до 80 м - бетонные с
металлической облицовкой, от 40 до 700 м - металлические в сварном или литом
исполнении, при напорах 100-300 м и больших расходах - сталежелезобетонные
камеры.
Значения
применяющихся углов и приведены
в таблице 11 /Л.8/.
.2 Гидромеханический расчет спиральной камеры
.2.1 Средняя скорость во входном сечении спирального канала определяется
от напора либо по кривой /Л.3, рис. 101/, либо по формуле
(22)
где
kс - скоростной коэффициент: для турбин с бетонными спиральными
камерами 0,85 при Н=40м, 1,0 при Н=3м; с металлическими камерами - 0,5 при
Н=500м и 0,85 при Н=40м. При промежуточных напорах его определяют линейной
интерполяцией по указанным выше крайним значениям.
Например
с=0,5+0,35=0,83
.2.2
Расход воды Qo, м3/сек, через турбину при номинальной
мощности N и расчетном напоре Нр
o= (23)
4.2.3
Полный расход , м3/сек, через спираль во входном ее
сечении, соответствующий наибольшему координатному углу (углу охвата) омакс,
равен
= (24)
.2.4
Радиус входного сечения спирали, м:
(25)
.2.5
Радиус выходных кромок колонн статора, м:
b= (26)
где
Db - диаметр окружности, проходящий через выходные кромки колонн или
ребер статора, м, даны в табл. 16 /Л.8/.
.2.6
Радиус входных кромок колонн статора, м:
a= (27)
где
Da - диаметр окружности, проходящий через входные кромки колонн или
ребер статора, м, даны в табл. 16 /Л.8/.
.2.7
Постоянная спирали С
С= (28)
.2.8
Радиусы меридиональных сечений и радиусов, наиболее удаленных от оси точек этих
сечений при различных углах находятся на основе формулы
, (29)
и
определяется соответствующая величина
r
= rа+2ρ. (30)
.2.9
Диаметр сечения, примыкающего к трубопроводу и пропускающего полный расход Qo,
м:
тр= (31)
.2.10
Площадь входного сечения, м2:
(32)
.2.11
Расход Q, м3/сек, для различных радиальных сечений:
(33)
.2.12
Средние окружные скорости воды в сечениях спирали, м/сек:
(34)
.2.13
Длина L, м:
, (35)
где
= 150.
.2.14
Следует заметить, что ближайшие к зубу радиальные сечения (16-23) имеют
эллиптическую форму. Размеры эллипсов определяются расчетом, принимая .
Для
нахождения эллипса определим среднюю скорость, м/сек:
(36)
Определим
радиус эллипса, м:
(37)
Результаты
этих расчетов занесены в табл. 13.
.3
Расчет отсасывающей трубы
Нормы
технологического проектирования гидроэлектростанций рекомендуют принимать
высоту отсасывающих труб h для осевых турбин не менее , для радиально-осевых турбин - не менее и для диагональных - не менее .
В
табл. 18 /Л.8/ приведены характерные размеры изогнутых отсасывающих труб
гидротурбин, используемых при разных напорах. Рассматриваемые в таблице
параметры указаны в безразмерных величинах относительно номинального диаметра
рабочего колеса .
При
ширине отсасывающей трубы в выходном диффузоре допускается установка опорного
бычка. Толщина бычка принимается в пределах .
Расстояние от оси гидротурбины до входной кромки бычка принимается . . .
При
большой ширине отсасывающей трубы, например, при , в ней
возводят два бычка. Число бычков определяется при расчете перекрытия
отсасывающей трубы.
В
табл. 14 приведены размеры отсасывающих труб.
Таблица 13
К расчету металлической спиральной камеры
Номер сечений
м,м2м,
м,
м,
мЭллипт. сечения, м,
м2Q,
м3/сек,
м/сL,
м,
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
13
|
14
|
1
|
345
|
0,87
|
5,83
|
2,41
|
3,29
|
6,58
|
13,25
|
-
|
34
|
207
|
6,08
|
1,93
|
7,95
|
2
|
330
|
0,83
|
5,58
|
2,36
|
3,19
|
6,40
|
13,07
|
-
|
32,14
|
198
|
6,16
|
1,92
|
7,79
|
3
|
315
|
0,79
|
5,32
|
2,31
|
3,10
|
6,21
|
12,88
|
-
|
30,3
|
189
|
6,23
|
1,88
|
7,89
|
4
|
300
|
0,76
|
5,07
|
2,25
|
3,01
|
6,02
|
12,69
|
-
|
28,5
|
180
|
6,31
|
1,85
|
7,77
|
5
|
285
|
0,72
|
4,82
|
2,19
|
2,92
|
5,83
|
12,50
|
-
|
26,7
|
171
|
6,4
|
1,83
|
7,68
|
6
|
270
|
0,68
|
4,56
|
2,13
|
2,82
|
5,64
|
12,31
|
-
|
25
|
162
|
6,4
|
1,77
|
7,96
|
7
|
255
|
0,64
|
4,31
|
2,07
|
2,72
|
5,44
|
12,11
|
-
|
23,3
|
153
|
6,57
|
1,75
|
7,7
|
8
|
240
|
0,60
|
4,05
|
2,01
|
2,62
|
5,24
|
11,91
|
-
|
21,6
|
144
|
6,66
|
1,72
|
7,84
|
9
|
225
|
0,57
|
3,80
|
1,95
|
2,52
|
5,04
|
11,71
|
-
|
19,96
|
135
|
6,76
|
1,69
|
7,6
|
10
|
210
|
0,53
|
3,55
|
1,88
|
2,41
|
4,83
|
11,50
|
-
|
18,3
|
126
|
6,86
|
1,66
|
7,63
|
11
|
195
|
0,49
|
3,29
|
1,81
|
2,31
|
4,62
|
11,29
|
-
|
16,7
|
117
|
6,97
|
1,61
|
7,56
|
12
|
180
|
0,45
|
3,04
|
1,74
|
2,20
|
4,40
|
11,07
|
-
|
15,2
|
108
|
7,09
|
1,59
|
7,63
|
13
|
165
|
0,41
|
2,79
|
1,67
|
2,09
|
4,18
|
10,85
|
-
|
13,7
|
99
|
7,2
|
1,55
|
7,59
|
14
|
150
|
0,38
|
2,53
|
1,59
|
1,97
|
3,94
|
10,61
|
-
|
12,2
|
99
|
7,36
|
1,52
|
7,6
|
15
|
135
|
0,34
|
2,28
|
1,51
|
1,85
|
3,70
|
10,37
|
-
|
10,78
|
81
|
7,51
|
1,47
|
7,64
|
16
|
120
|
0,30
|
2,03
|
1,42
|
1,73
|
3,45
|
-
|
9,69
|
9,38
|
72
|
7,67
|
1,43
|
7,57
|
17
|
105
|
0,26
|
1,77
|
1,33
|
1,60
|
3,29
|
-
|
9,23
|
8,03
|
63
|
7,84
|
1,39
|
7,5
|
18
|
90
|
0,22
|
1,52
|
1,23
|
1,46
|
2,92
|
8,75
|
6,7
|
54
|
8,04
|
1,35
|
7,42
|
19
|
75
|
0,19
|
1,26
|
1,12
|
1,31
|
2,63
|
-
|
8,26
|
5,4
|
45
|
8,26
|
1,3
|
7,28
|
20
|
60
|
0,15
|
1,01
|
1,01
|
1,16
|
2,32
|
-
|
7,74
|
4,2
|
36
|
8,5
|
1,24
|
7,68
|
21
|
45
|
0,11
|
0,76
|
0,87
|
0,98
|
1,97
|
-
|
7,18
|
3,
|
27
|
8,83
|
1,19
|
7,61
|
22
|
30
|
0,07
|
0,50
|
0,71
|
0,79
|
1,57
|
-
|
6,56
|
1,9
|
18
|
9,2
|
1,13
|
7,79
|
23
|
15
|
0,03
|
0,25
|
0,50
|
0,54
|
1,08
|
-
|
5,83
|
0,9
|
9
|
9,76
|
1,05
|
7,87
|
У зуба
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
-
|
|
0
|
0
|
0
|
|
|
52,03 м 377,3 м2/сек
Таблица 14
Геометрические
размеры отсасывающей трубы и их элементов
Напор, м
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
71
|
9,77
|
19,1
|
4,97
|
4,25
|
2,97
|
2,89
|
4,67
|
5,1
|
2,46
|
1,78
|
5,44
|
0,38
|
10,1
|
6,37
|
1,34
|
Литература:
1. Ильиных
И.И. Гидроэлектростанции. М.: Энергоиздат, 1982.
2. Гидроэнергетическое
и вспомогательное оборудование гидроэлектростанций. Справочное пособие в двух
томах /Под ред. Ю.С. Васильева и Д.С. Щавелева. М.: Энергоатомиздат, 1988.
. Смирнов
И.Н. Гидравлические турбины и насосы. М.: Высшая школа, 1969.
. Справочник
по гидротурбинам. /Под ред. Н.Н. Ковалева. Л.: Машиностроение, 1984.
. Ковалев
Н.Н. Проектирование гидротурбин. М.-Л: Машиностроение, 1974.
. Потапов
В.М., Ткаченко П.Е., Юшманов О.Л. Использование водной энергии. М.: Колос,
1972.
. Грановский
С.А., Малышев В.М., Орго В.М., Смоляров Л.Г. Конструкции и расчет гидротурбин.
Л.: Машиностроение, 1974.
. Гидроэнергетические
установки. Методические указания по курсовой работе / Кырг. гос. техн. ун-т;
сост. Т.Ж. Жабудаев. Б.: ИЦ «Текник», 2006 - 44с.