ТОП 10:

НАПОР, РАСХОД И МОЩНОСТЬ ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК



А. НАПОР

Геометрический или статический напор равен разности отметок уровнем верхнего ▼ ВБ и нижнего ▼ НБ бьефов. Применительно к дан­ным рис. 2-1 статический напор

Но=▼ВБ-▼НБ=121,38-102,03=19,35м (2-1)

В водноэнергстических расчетах напор ГЭС считается равным

Н≈Но-hВ-С=▼ВБ-▼НБ-hВ-С (2-2)

где hВ-С-- потери напора при движении води от водозабора (сечение В-В) до турбинной камеры (сечение С—С), которые состоят из

потери) напора на вход в турбинный водовод, па преодоление сопротив­ления сороудерживающих решеток, на трение воды о стенки водовода и т. п. (рис. 2-2). Все эти потери составляют 2-5 % от напора Но.

В расчетах, требующих высокой точности, например, при определении коэффициента полезного действия (КПД) турбины, учитывается также кинетическая энергия потока. На рис. 2-2 показано определение напоров для ГЭС.

Полным напор определяется по разности удельных энергии потока воды во входном сечении В--В и в конечном сечении К--К.

Удельную энергию и джоулях на один килограмм массы жидкости обозначим через Э, а на один ньютон веса — через Е--Эg. Численное значение Е выражается в Дж/Н и измеряется в метрах.

Полный напор называется напором брутто HG или, точнее, напором гидротурбинного блока. Напор HG в метрах численно равен разности отнесенных к единице веса удельных энергий потока в рассматриваемых сечениях.

Удельная энергия потока воды Е, Дж/Н, в каждом сечении

где Z— высота расположения центра тяжести данного живого сечения потока над плоскостью сравнении, О — О, м; р— избыточное давление, Па; γ — вес единицы объема воды, Н/м2; ρ/γ—пьезометрическая высота равная глубине погружений центра тя­жести данного живого сечении под уровень воды м; v — средняя скорость течения воды в данном живом сечении м/с; α - коэффициент, равный отношению кинетической энергии потока при действительном распределении скорости по сечению к кинетической энергии потока, подсчитанной по средней скорости v.

При отнесении удельной энергии к единице веса воды: Z – удельная потенциальная энергия положения; ρ/γ – удельная потенциальная энергия давления и αν2/2g – удельная кинетическая энергия.

Рабочим напором турбины (точнее турбинной установки, включающей турбинную камеру, рабочее колесо турбины и отсасывающую трубу) принято считать разность удельных энергий потоки во входном сечении С — С в турбинную камеру и в конечном сечении К — К с наивысшей отметкой нижнего бьефа Н =» ЕС — Ек.

Сумма 7+ ρ/γ дает отметку уровня воды. Скорость воды перед водоприемником обычно невелика. Если пренебречь ею, то, относя энергию (2-3) к соответствующему сечению, можно написать

▼B-▼K-hB-CKν2K/(2g) (2.4)

Для насоса, пренебрегая разностью кинетической энергии в сечениях К-К и В-В получим

Hn=EB-EK+hC-B≈Ho+hC-B=▼B-▼K+hC-B (2-5)

Более подробно см. гл 9.

Для обратимои гидравлической машины (насосо-турбины) напор насоса будет больше напора турбины на hC-B + hB-C где hC-B — потери в водоводе от сечения В — В до сечения С— С в насосном режиме, a hB-C — в турбинном режиме.

На построенных гидроэнергетических установках напор составляет от 2 до 1767 м. Наибольший напор турбин 1767 м и нacocoв I070 м имеет ГЭУ Рейссек (Австрия).

Б. РАСХОД ВОДЫ.

Расход поды Q n м3/c, используемый ГЭС для выработки электри­ческом энергии, зависит от притока воды к водохранилищу или верхнему бьефу ГЭС. от наличия запасов воды в водохранилище и от по­требности энергетической системы в данный момент в электрической энергии. При комплексном использовании водных ресурсов расход ГЭС зависит также от объема воды из верхнего бьефа на орошение, водоснабжение, шлюзование судов и от режима водопотребления из ниж­него бьефа ГЭС. Максимальным расход, используемый ГЭС, равен пропускной способности всех ее турбин при расчетном напоре. Наи­большую пропускную способность имеют турбины Волжской ГЭС име­ни XXII съезда КПСС Каждая турбина этой ГЭС при расчетном на­поре 19 м протекает по 675 м3/с. Все 22 турбины этой ГЭС потреб­ляют около 15 тыс. м3/с. Максимальный расход воды, перекачиваемой НС пли ГАЭС, равен подаче всех се насосов при минимальном напоре и работе электрических двигателей с полной мощностью. Pacход воды НС и ГАЭС в данный момент времени определяется потребностью в воде и условиями электроснабжения.

В МОЩНОСТЬ,ЭНЕРГИЯ.

Мощностью N называется работа, производимая в единицу време­ни. Если напор составляет Н, м, расход воды равен Q, м3/с, то работа, которую может совершить вода в 1 секунду, т. е. потенциальная мощ­ность водотока в ваттах, равна

No = pgQH = γQH = 9810 QH.

где р — плотность воды, кг/м3; g — ускорение свободного падения тела, м/с2.

В гидроэнергетике принято измерять мощность в киловаттах. При этом No = 9,81 QH.

Мощность на валу турбины равна NT=NoηT или NT=9,81 HηT (2-6)

где ηT — КПД турбины.

Значение КПД турбины зависит от ее конструкции, размеров и изменяется при изменении нагрузки. Для малых турбин, при диаметре рабочего колеса около 1 м, наибольший КПД составляет около 0,91; для крупных турбин диаметром 9—10 м КПД достигает 0,95—0,96. Электрическая мощность агрегата Na на выводах генератора меньше мощности турбины на величину потерь в генераторе

Na=NTηген=9,81 QHηa (2-7)

где ηген — КПД генератора; ηа = ηТηген —КПД агрегата.

Для генераторов мощностью 5 МВт КПД равен 0,95—0,96. Для уникальных генераторов мощностью 500 МВт и более КПД превосхо­дит 0,98. Обозначая а = 9,81т]а, получим формулу для приближенных расчетов

Na=aQH (2-8)

Учитывая снижение КПД турбины и генератора при отклонении нагрузки от оптимальной, принимают а для сверхмощных агрегатов в пределах 8,8—9,1, для крупных агрегатов — 8,4—8,7 и для небольших агрегатов 8,0—8,2. Для насосных агрегатов и при работе обратимой гидромашины (насосо-турбины) в насосном режиме мощность, потреб­ляемая электродвигателем, равна

где HH— напор насоса; ηИ — КПД насоса; ηД — КПД двигателя. Наи­большее значение КПД насосо-турбин при работе в насосном режиме составляет 0,925—0,93, а КПД сверхмощных электродвигателей превос­ходит 0,98. Для насосных агрегатов средней мощности т1„ = 0,89—0,90, т]л = 0,95—0,97, что дает приближенно NH=H,3 QH, кВт. При отклоне­нии от оптимальной нагрузки КПД насосов резко снижается.

Энергия Э выражается произведением: Э = Nt, где N — мощность, Вт, t — время в секундах или часах. В системе СИ электрическая энер­гия измеряется в джоулях и их производных, причем 1 Дж=1 Н-м = = 1 Вт-с.

В энергетике наибольшее распространение получило измерение энергии в киловатт-часах (кВт-ч). Из определений, явствует, что 1 кВт-4 = 3600 кДж.

Объем воды V, м3 при напоре Н, м дает количество энергии в ки­лоджоулях Э = 9,81 VHηa или в киловатт-часах

(2-10)

Если V — объем годового стока реки, используемого ГЭС, а H — ее средний напор, то Э дает годовую выработку энергии ГЭС. Если V — объем воды, запасенной в водохранилище, который может быть использован при напоре Н, то Э выражает запас энергии воды водо­хранилища или энергетический эквивалент этого объема. Если V—го­довой объем водоподачи НС, то

(2-11)

определяет годовое потребление НС в кВт-ч, без учета расхода энер­гии на собственные нужды.

Гидростанция при напоре Н и КПД ηа расходует на 1 кВт-ч выра­ботанной энергии объем воды q в м3, т. е.

(2 - 12)

Насосная станция на 1 м3 воды расходует энергию в кВт- ч

(2-13)

 







Последнее изменение этой страницы: 2017-02-17; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.237.51.159 (0.006 с.)