Вибір гідроенергетичного обладнання ГЕС

2.1.1 Вибір типу гідротурбін, розрахунок основних параметрів. Тип гідротурбін обирається за величиною діючих напорів і потужністю турбін. З метою спрощення в курсовому проекті визначаємо статичні напори на ГЕС і вважаємо їх за діючі:

максимальний напір Н_МАКС = ÑНПР - ÑНБ_МІН, м;

мінімальний напір Н_МІН = ÑРМО - ÑНБ_ГЕС, м;

розрахунковий напір Н_Р = (2Н_МІН + Н_МАКС) / 3, м.

Визначаємо потужність турбіни за формулою:

 

, МВт (2.1)

 

де N_B - встановлена потужність ГЕС, МВт;

z - кількість агрегатів ГЕС, шт;

h_Г – коефіціент корисної дії генератора, h_Г = 0,96-0,98.

Основні параметри гідротурбіни наступні: Н – напір, м, Q – витрати, м³ / сек, N_T – потужність на валу, кВт, n_C – частота обертання турбіни, об / хв, D₁ – номінальний діаметр робочого колеса, м, h_T – коефіціент корисної дії (ККД) турбіни; H_S – висота відсмоктування, м.

Основні параметри турбіни та її тип попередньо визначаються за графіком областей застосування турбін (див. Додаток А). Тип турбіни обирається в залежності від максимального напору, а синхронна частота обертання агрегату та діаметр робочого колеса – по режимній точці з параметрами N_T і Н_Р.

На попередньому етапі визначаються параметри турбіни (див. Додаток А). Ці графіки наведені без урахування абсолютної висоти розташування турбін, тому, отримані параметри потім уточнюються розрахунком.

Визначається витрата турбіни

 

. м³ / сек (2.2)

 

Коефіціент корисної дії турбіни h_T приймається 0,87-0,90 для турбін ПЛ, 0,90-0,92 для турбіни РО.

Діаметр робочого колеса турбіни знаходимо за формулою:

 

, м (2.3)

 

де Q^I _I – розрахункова приведена витрата, приймається за табл. 2.1 або див. Додаток А;

N_т – потрібна розрахункова потужність;

Н_р – розрахунковий напір;

h_т – ККД турбіни.

Частота обертання турбіни (агрегату) визначається:

 

, об/хв. (2.4)

де n^I _I – розрахункова приведена частота, об / хв,

Н_р і D₁ – приймаються в метрах.

Значення n^I _I приймається за табл. 2.1 або див. Додаток А. Отримане значення n округлюється до найближчого синхронного n_С згідно Додатка А.

Допустима висота відсмоктування за умови відсутності кавітації знаходиться:

 

, м (2.5)

 

де к – коефіціент запасу (для турбін типу ПЛ к = 1.1, типу РО к = 1,05);

s – коефіціент кавітації, приймається за табл. 2.1 або див. Додаток А;

ÑТ – відмітка осі турбіни, м.

В першому наближенні приймається ÑТ = ÑНБ_МІН і значення H_S на 0,1-0,2 м менше за розрахункове.

 

Таблиця 2.1 – Основні параметри і розміри турбін

 

Показники	Тип турбіни
ПЛ 10	ПЛ 20	ПЛ 30	РО 45	РО 75
n^II, об / хв
Q^II, м^3 / сек	2,4	1,8	1,8	1,4	1,25
s	1,7	0,8	0,85	0,22	0,18
b0 / D1	0,43	0,40	0,37	0,35	0,30
dВТ / D1	0,35	0,37	0,41	-	-
Da / D1	1,63	1,63	1,63	1,63	1,63
Db / D1	1,38	1,38	1,38	1,38	1,38
D0 / D1	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2
hкт / D1	0,2-0,25	0,2-0,25	0,2-0,25	0,2-0,25	0,2-0,25
h1 / D1	0,21	0,21	0,21	-	-
h2 / D1	0,21	0,21	0,21	0,21	0,25
D2 / D1	0,97	0,97	0,97	1,15	1,15
hS / D1	0,31	0,35	0,40	0,31	0,31

 

Примітка:

1 Щоб отримати відповідний розмір турбіни в метрах необхідно відносне значення табличного параметру помножити на діаметр турбіни в метрах.

2 Діаметр вала d_b приймається згідно Додатку Д.

 

Порівнюючи отримані дані з попередніми (отриманими за частковими даними номенклатури) робимо висновок щодо вірності отриманих результатів.

Підбір турбіни завершується визначенням відмітки осі турбіни:

 

для турбін типу ПЛ , (2.6)

 

для турбін типу РО , (2.7)

 

де b₀ – висота спрямовуючого апарату (див. табл. 2.1).

 

В пояснювальній записці робиться конструктивна схема (в прийнятному маштабі М100 чи М200) робочого колеса (див. рис. 1, 2) з основними розмірами згідно табл. 2.2. Встановлюється повна маса гідротурбіни G_T (див. Додаток Б).

 

Таблиця 2.2 – Основні розміри турбіни

№ п/п	Параметр	Розмір турбіни в долях діаметра робочого колеса	Натуральні розміри турбіни, мм
	Діаметр робочого колеса, D1
	Відносна висота напрямного апарату, b0
	Діаметр втулки, dBT
	Діаметр цапфи, dЦ
	Висота втулки обтікача, hВ
	Розміри камери робочого колеса	h1
h2
D2
	Розміри спряжіння поверхні робочого колеса	a1
b1
R1
	Розміщення колон статора і лопаток напрямного апарату	Da
Db
D0
	Висота кришки турбіни, hKT

 

2.1.2 Вибір параметрів та розрахунок турбінної камери. Турбінна камера є одним з основних елементів реактивної турбіни та призначена для рівномірного підведення води до робочого колеса з мінімальними втратами. Вона, як правило, визначає ширину агрегатного блоку та визначає довжину будівлі ГЕС у цілому.

Тип турбінної камери залежить від напору і спочатку приймається згідно типу турбіни: для турбін типу ПЛ – камера з бетону, для турбін типу РО – камера металева. Кут охоплення φ₀ спіральної камери залежить від типу турбіну і може прийматись за такими рекомендаціями: для турбін ПЛ – 10 і ПЛ- 15 φ₀=180º, для турбін ПЛ – 20 і ПЛ - 30 φ₀=210º, для турбін РО – 45 і РО - 75 φ₀=345º (див. рис. 3 - 4).

Габаріти спіральних камер визначаються розрахунками, але в курсовому проектуванні на попередній стадії їх розміри визначаються за Додатком В.

Щоб отримати відповідний розмір спіральної камери в метрах необхідно відносне значення табличного параметру помножити на абсолютне значення діаметра D₁ робочого колеса турбіни. Результати розрахунків зводимо в табл. 2.3.

 

 

 

Рисунок 1 - Основні монтажні розміри поворотно-лопатевої турбіни

 

 

 

Рисунок 2 - Основні монтажні розміри радіально-осьової турбіни

 

 

 

 

Рисунок 3 - Схема турбінної камери з бетону

 

 

 

 

 

Рисунок 4 - Схема металевої турбінної камери

 

Таблиця 2.3 – Розміри бетонної турбінної камери з кутом охоплення φ₀=210º

j і , °	210°	155°	110°	75°	30°	0°
R j, м	D1=1,0м
b^І i, м
a i, м
R j, м	D1=...м
b^І i, м
a i, м

 

Ширина спіралі поперек потоку В_СП приймається В_СП = 2,5D₁. Стандартна ширина прогону складає В_П = 7,0м. Товщина проміжного бичка d_Б = 1,8м.