Подбор реактивных гидротурбин

Подбор гидротурбин включает в себя: выбор типа турбин и количества гидроагрегатов, определение диаметра рабочего колеса , частоты вращения n, габаритов турбины, оптимального значения КПД натурной турбины и построение линейной мощностной характеристики турбин ГЭС – ; расчет высоты отсасывания  и отметки расположения оси рабочего колеса; определение размеров турбинной камеры и отсасывающей трубы [1,2].

Исходными данными являются: диапазон изменения напоров (нетто)  - ; установленная мощность ГЭС  и характеристика нижнего бьефа ГЭС – .

 

Выбор типа турбин

Выбор типа турбин проводится по максимальному напору Н _макс. В табл. 1 и 2, а также на рис. 1 приведена номенклатура ПЛ и РО рабочих колес, указаны области их применения по напору.

Рис. 1.Номенклатура осевых поворотно-лопастных и радиально-осевых турбин в координатах H - N

Таблица 1

Основные расчётные данные поворотно-лопастных турбин

Показатели	Тип турбины
	ПЛ10	ПЛ20	ПЛ30	ПЛ40	ПЛ50	ПЛ60	ПЛ70	ПЛ80
Диапазон напоров, м	3-10	10-20	15-30	29-40	30-50	40-60	45-70	50-80
Макcимальный приведенный расход,	2300-1900	2200-1750	1950-1500	1800-1400	1600-1300	1500-1200	1400-1000	1200-900
Относительная высота направляющего аппарата	0,42	0,40	0,40-0,375	0,375	0,35	0,35	0,35	0,35
Относительный диаметр втулки,	0,28	0,32	0,36	0,40-0,42	0,44	0,49	0,52	0,55
	0,973	0,973	0,973	0,973	0,973	0,973	0,973	0,973
	0,209	0,209	0,209	0,209	0,209	0,209	0,209	0,209
	0,09	0,09	0,10	0,10	0,11	0,11	0,11	0,12
	0,31	0,35	0,40	0,44	0,488	0,54	0,57	0,60

 

Таблица 2

Основные расчётные данные радиально-осевых турбин

Показатели	Тип турбины
	РО45	РО75	РО115	РО170	РО230	РО310	РО400	РО500
Диапазон напоров, м	30-45	40-75	70-115	110-170	160-230	220-310	290-400	380-500
Относительная высота направляющего аппарата	0,35	0,30	0,25	0,20	0,16	0,12	0,09	0,07
Относительный выходной диаметр	1,17	1,10	1,05	0,95	0,90	0,80	0,71	0,67
	0,2- 0,22	0,2-0,22	0,2-0,22	0,17-0,19	0,16-0,18	0,15-0,17	0,13-0,15	0,13-0,15

 

Основные расчетные данные поворотно-лопастных диагональных

(ПЛД) турбин даны в табл. 3, а поворотно-лопастных капсульных (горизонтальных) гидртурбин – в табл. 4.

 

Таблица 3

Основные расчётные данные поворотно-лопастных диагональных турбин

Тип турбины	Показатели
	ПЛД 60	ПЛД 45	ПЛД 30
Диапазон напоров, м	40-70	60-130	120-220
Угол наклона оси поворота лопастей – 0, град	60	45	30
Приведенная частота вращения, об/мин: Средняя расчетная Оптимальная	120	100	90
	110	90	80
Приведенный расход , м^3/с	1600-1300	1400-1100	1000-700
Коэффициент кавитации  соответвубщий	0,50-0,38	0,32-0,22	0,18-0,12
Относительный диаметр втулки	0,50-0,55	0,60-0,65	0,70-0,80
Относительный диаметр горловины	1,0	0,98	0,97
Относительная высота направляющего	0,375	0,250	0,200
Относительный диаметр расположения осей направляющих лопаток	1,25-1,28	1,30-1,32	1,35-1,37
Относительный диаметр расположения входных кромок статорных колонн	1,7-1,8	1,7-1,8	1,7-1,8
h k h ’k r 1 r 2 R k R вт		(0,18-0,20) , (0,10-0,13) , 0,030 , 0,06 , ,

 

Таблица 4

Основные расчётные данные поворотно-лопастных капсульных турбин

Показатели	Тип турбин
	ПЛК 10	ПЛК 16
Диапазон напоров, м	1-10	3-16
Приведенная частота вращения, об/мин: cредняя расчетная оптимальная	210 170	175 155
Приведенный расход (максимальный расчетный) , л/с	4100-3800	3000-2800
Коэффициент кавитации  соответвубщий	2,8-2,2	2,0-1,6
Относительный диаметр капсулы	0,8-0,58	1,0-1,25

В тех случаях, когда это целесообразно, верхняя граница но напору для турбин может быть увеличена на 5...10 %. Например, РО 45 можно использовать и для  = 47...50 м. В диапазоне напоров  = 40...220 м могут применяться ПЛ, ПЛД и РО гидротурбины. Выбор типа рабочего колеса при  = 40...220 м рекомендуется согласовывать с консультантом.

При напорах Н = 200...500 м, в зависимости от мощности одной турбины,

могут применяться как радиально-осевые, так и ковшовые турбины [2]. Подбор параметров ковшевых турбин в данных методических указаниях не рассматривается.

Дальнейшие расчеты проводятся с использованием главной универсальной характеристики турбины принятого типа.

В практике проектирования ГЭС количество устанавливаемых агрегатов определяется путем технике-экономического сравнения различных вариантов. В данных методических указаниях количество агрегатов рекомендуется принимать с учетом, что на гидростанции желательно устанавливать не менее двух и что по технологическим и транспортным условиям диаметр рабочего колеса осевой турбины не может быть больше 10,5 м, радиально-осевой – 8,5 м, а диагональной – 8,0 м.

 

3. Определение диаметра рабочего колеса реактивных турбин

Задавшись количеством агрегатов , определяется расчетная мощность одной турбины:

                                            (1)

По известной мощности турбины вычисляется расчётный расход турбины :

                                          (2)

где соответствует мощности при расчетном напоре (в дальнейшем значение  уточняется по универсальной характеристике) расчетный напор, м, ориентировочно определяется по формуле:

                                                (3)

где

.                                               (4)

Диаметр рабочего колеса , м находится по выражению:

                                                 (5)

где  расчетный приведенный расход, м³/с.

Для PO турбин  берется по универсальной характеристике на линии пятипроцентного запаса мощности при расчетной приведённой частоте вращения . Для ПЛ турбин  принимается по условию обеспечения бескавитационной работы в диапазоне значений, приведенных в табл. 1.

После этого принимают по табл. 5 ближайший больший номенклатурный диаметр рабочего колеса . Если номенклатурный диаметр сущственно превышает вычисленный, то сохраняют его вычисленное значение с округ лением до десятых долей метра в большую сторону.

Таблица 5

									ПЛ	РО
180	1,2	200	301	Только РО		1,2
200		275	334	16	600		825	965	24	24
225		310	370		650		900	1055
250		350	420	24	700		970	1150	28 или 32
280		395	460		750		1025	1225
320		450	530		800		1100	1280
360		500	570		850		1180	1375		Не предусмотрены
400		553	640		900		1240	1440
450		620	715		950		1300	1510
500		690	810		1000		1370	1590
550		755	880		1050		1440	1660