Міністерство освіти і науки України 3 страница

Універсальна характеристика ковшової турбіни (рис. 19) дає значення для умов, відповідних (4.7).

Рис. 19. Універсальна характеристика ковшової турбіни (односоплова, число лопатей робочого колеса 18)

Знаючи і , можна визначити коефіцієнт швидкохідності ковшової турбіни:

. (4.8)

При повному відкритті сопла можна прийняти = 88 87 %. Тоді

. (4.9)

Діапазони n_s для найбільш вигідних співвідношень по (4.7) приведені в таблиці:

Турбіна
на одне сопло		14-23
на два сопла		20-34
на три сопла		26-40
на чотири сопла		32-47
на шість сопел		38-58

На підставі викладеного можна рекомендувати наступний порядок підбору ковшових турбін.

1. По заданих розрахункових значеннях потужності і напору Н_р по (3.1) обчислюється розрахункова витрата , ККД приймається = 0,87 0,88.

2. По універсальній характеристиці ковшової турбіни (рис. 19) визначається розрахункове значення і знаходяться діаметри робочого колеса D₁ для різного числа сопeл (струменів).

В розрахунках z_c приймається рівним 1, 2, 3...:

; (4.10)

Для знаходяться відповідні швидкості обертання:

. (4.11)

Вибирається найбільш сприятливий варіант (зазвичай 600 об/хв.) і приймається найближча синхронна частота обертання по (1.1). Як видно з рис. 19, ковшова турбіна різко знижує ККД при відхиленні від оптимального значення. У зв'язку з цим, якщо синхронна частота обертання відрізняється від n, слід змінити D₁, згідно (4.11), щоб зберегти = .

3. Знаходяться основні розміри турбіни:

- діаметр струменя

; (4.12)

- діаметр сопла

; (4.13)

- зовнішній діаметр робочого колеса (рис. 18)

, (4.14)

де: а = (2,8 3,6) d_c. (4.15)

4. Вибирається конструктивна форма турбіни. При цьому рекомендується використовувати креслення аналогів.

5. Осьові навантаження робочого колеса турбіни

Осьові навантаження робочого колеса турбіни, що сприймаються підп'ятником агрегату, складаються з осьових компонент тиску на маточину і обід або на корпус і з осьової складової гідродинамічної дії потоку на лопаті робочого колеса, а також сили ваги останнього. З метою зменшення осьового зусилля в радіально-осьових турбінах здійснюється урівноваження робочого колеса, для чого в ступиці влаштовуються ущільнення і розвантажувальні отвори (рис. 10., позиція 20).

Рис. 20. Радіально – осьова турбіна

1 - колони статора; а і б – верхній і нижній пояс статора; 2 - направляючі лопатки; 3 - нижнє кільце направляючого апарату; 4 – кришка турбіни; 5 – підшипники опор верхньої цапфи направляючої лопатки; 6 – кріплення кришки до верхнього поясу статора; 7 – фланець валу; 8 – вал; 9 – маточина робочого колеса; 10 – обід робочого колеса; 11 – лопаті робочого колеса; 12, 13 і 14 – важелі і тяги механізму приводу; 15 – сервомотори; 16 – підшипник; 17 – опора підп'ятника генератора; 18 – обтічник; 19 – ущільнення обода робочого колеса; 20 – розвантажувальний отвір.

Типова характеристика приведених гідродинамічних осьових зусиль осьової поворотно-лопатевої турбіни показана на рис. 21 для трьох фіксованих значень кута нахилу лопаток турбіни: φ = -10°, 0° та +15°.

Розрахунок осьового зусилля для натурної турбіни проводиться по формулі

, (5.1)

де: береться по кривим на рис. 21.

Загальне осьове зусилля, що сприймається підп'ятником, буде рівне сумі осьового зусилля - Р_Г, ваги частин, що обертаються, і відносно невеликої добавки, що враховує тиск в зазорі між корпусом і кришкою, і для вертикальних турбін зваженому гідростатичному зусиллю (робоче колесо занурене у воду).

Рис. 21. Осьові гідродинамічні навантаження робочого колеса осьової поворотно – лопатевої турбіни

Проте в осьових турбінах урівноважити робоче колесо неможливо, і для них осьові гідродинамічні зусилля мають велике значення.

З характеристик (рис. 11) видно, що гідродинамічне осьове зусилля збільшується зі зменшенням кута φ. Гідродинамічна складова сили дає значне навантаження на підп'ятник

Із збільшенням осьове зусилля швидко зменшується, але і при зберігає знак плюс, тобто направлено за течією (зверху вниз). При подальшому зростанні , коли турбіна переходить в гальмівний режим (момент на валу міняє знак), падаєдо нуля і переходить в від’ємну зону. Особливо швидко зростають негативні значення привеликих кутах φ і при малих відкриттях направляючого апарату. Це створює небезпеку підйому частин агрегату, що обертаються, при швидкому закритті направляючого апарату турбіни, оскільки в цих умовах гідродинамічне осьове зусилля Р_Г, що діє вгору, може перевищити вагу частин, що обертаються. Такі аварійні випадки на ГЕС виникали, що підтверджує аварія на Саяно-Шушенській ГЕС.

ДОДАТОК

Таблиця Д-1. Ряд рекомендованих діаметрів турбін.

Номінальний ряд діаметрів , см

Таблиця Д-2. Ряд рекомендованих діаметрів для турбін високих напорів.

,м	200
,см

Таблиця Д-3. Основні розрахункові дані поворотно-лопатевих турбін.

Показники	Тип турбіни
ПЛ15	ПЛ20	ПЛ30	ПЛ40	ПЛ50	ПЛ60	ПЛ70
Максимальний напір, м
Приведена частота обертання, об/хв.: оптимальна
середня розрахункова
Приведена витрата (максимальна розрахункова) , л/с	2300-1900	2200-1750	2000-1500	1800-1400	1500-1200	1350-1100	1250-1000
Коефіцієнт кавітації , що відповідає і	1,2-0,9	1,1-0,8	0,9-0,65	0,75-0,50	0,55-0,40	0,45-0,30	0,35-0,28
Число лопатей робочого колеса
Відносна висота направ. апарату	0,42	0,4	0,4	0,375	0,375	0,35	0,35
Відносний діаметр корпуса робочого корпуса	0,35	0,37	0,41	0,43	0,47	0,51	0,57

Таблиця Д-4. Основні розрахункові дані поворотно-лопатевих капсульних турбін

Показники	Тип турбіни
Діапазон напорів, м	ПЛК10	ПЛК16
Приведена частота обертання, об/хв. оптимальна середня розрахункова
Приведена витрата (максимальна розрахункова) , л/с	4200-3800	3000-2800
Коефіцієнт кавітації , що відповідає	2.8-2.2	2.0-1.6
Відносний діаметр капсули	0.8-0.85	1.0-1.25

Таблиця Д-5. Основні розрахункові дані поворотно-лопатевих діагональних турбін.

Показники	Тип турбіни
Д60	Д45	Д30
Кут нахилу осі повороту лопатей робочого колеса θ, град.
Діапазон напорів, м	40-70	60-130	120-220
Приведена частота обертання, об/хв оптимальна
середня розрахункова
Приведена витрата (максимальна розрахункова) , л/с	1600-1300	1400-1100	1000 - 700
Коефіцієнт кавітації , що відповідає	0,50-0,38	0,32-0,22	0,18-0,12
Число лопатей робочого колеса	8-9	9-10	10-12
Відносний діаметр корпуса робочого колеса	0,5-0,55	0,6-0,65	0,7-0,8
Відносний діаметр горловини камери робочого колеса	1,0	0,98	0,97
Відносна висота направляючого апарату	0,375	0,25	0,2

Таблиця Д-6. Основні розрахункові дані радіально-осьових турбін.

Показники	Тип турбіни
РО45	РО75	РО115	РО140	РО170	РО230	РО310	РО400	РО500	РО700
Максимальний напір, м
Приведена частота обертання, ,об/хв.:
Приведена витрата , що відповідає 5% запасу потужності, л/с
Коефіцієнт кавітації	0,22	0,17	0,13	0,11	0,09	0,07	0,055	0,045	0,038	0,03
Відносна висота направляючого апарату	0,35	0,3	0,25	0,23	0,2	0,15	0,12	0,1	0,08	0,06
Відносний діаметр на виході робочого колеса	1,15	1,1	1,0	0,95	0,95	0,9	0,85	0,7	0,65	0,55

Таблиця Д-7. Вихідні дані для вибору гідравлічної турбіни.

Варіант

Максимальний напір, м

Розрахунковий напір, м

Середня багаторічна витрата створу ріки, м^3/с

Орієнтовна кількість агрегатів, шт.

Розрахункова потужність турбіни, МВт

Відмітка висоти нижнього б’єфа, м

Прізвище студента, група

Таблиця Д-7 (продовження). Вихідні дані для вибору гідравлічної турбіни.

Варіант

Максимальний напір, м

Розрахунковий напір, м

Середня багаторічна витрата створу ріки, м^3/с

Орієнтовна кількість агрегатів, шт.

Розрахункова потужність турбіни, МВт

Відмітка висоти нижнього б’єфа, м

Прізвище студента, група

Зразок титульного аркуша

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

РОЗРАХУНКОВА РОБОТА

з дисципліни

«ГІДРАВЛІЧНА ЧАСТИНА ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ»

Керівник П.Л.Денисюк Виконав_________________

Допущений до захисту Група ЕТ-____________

«____»_________201_ р.

Захищена з оцінкою

____________________

«____»_________201_ р.

Київ

ПРИКЛАДИ РОЗРАХУНКІВ

Приклад 1. В відповідності до вибраного варіанту розрахункової роботи (табл. Д-7), наприклад, варіант №30, де: максимальний напір турбіни 230 м, розрахунковий напір турбіни 212 м, середня багаторічна витрата створу ріки 1228 м³ /с, орієнтовна кількість агрегатів 16, визначити тип турбіни та її розрахункову потужність

Рішення. Якщо прийняти , потужність гідроелектричної станції кВт.

Розрахункова потужність турбіни

МВт.

В відповідності до рис. 4 для м, як варіант, можна брати радіально-осьову турбіну РО230 з розрахунковою потужністю 150 МВт.

Приклад 2. Визначити допустиму висоту відсмоктування H_s для турбіни з напором Н = 60 м і позначкою нижнього б'єфа 350 м, якщо в відповідності до характеристики турбіни =0,1.

Рішення. Якщо задатися коефіцієнтом запасу = 1,15, тоді, відповідно до (2.16),

= = 1,15·0,1=0,115.

Допустима висота відсмоктування (2.15)

= = 10 - - 0,115·60 = 10 - 0.4 - 6,9 = 2,7 м.

Турбіну можна встановити на 2,7 м вище позначки нижнього б'єфа (рис. 16).

Приклад 3. Яка буде допустима висота відсмоктування, якщо відповідно до умов приклада 1 застосувати іншу турбіну, у якої = 0,2.

Рішення. Якщо взяти той же коефіцієнт запасу =1,15, тоді, відповідно до (2.16),

= = 1,15·0,2=0,23.

Допустима висота відсмоктування (2.15)

= = 10 - - 0,23·60= 10 - 0.4 - 13,8 = - 4,2 м.

Турбіну прийдеться встановити таким чином, щоб вона була заглиблена під рівень нижнього б'єфа на 4,2 м (рис. 16).

Дата добавления: 2015-11-05