Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам

 

Подбор оборудования с использованием главных универсальных характеристик состоит в том, чтобы для каждого рассматриваемого типа турбин наметить такие варианты диаметра рабочего колеса d1 и синхронной частоты вращения n, при которых в области допустимых режимов по напору и расходу воды проектируемая ГЭС работала бы с наибольшим КПД при минимальном заглублении и количестве установленных агрегатов. Оптимальный вариант оборудования ГЭС выбирается на базе экономического обоснования.

Область допустимых режимов работы проектируемой ГЭС называется режимным полем по расходу и напору. Верхней границей режимного поля является напорная характеристика при работе ГЭС с водохранилищем, наполненным до отметки НПУ, нижней - при работе ГЭС с водохранилищем, сработанным до отметки УМО. Построение этих характеристик выполняется по следующему уравнению:

, (12.1)

где zвб(Vсраб) - отметка уровня воды в водохранилище, которая изменяется в зависимости от объема сработки Vсраб от НПУ до УМО;

zнб(Qнб) - отметка уровня воды в нижнем бьефе в зависимости от расхода Qнб;

Dhвс - потери напора в водопроводящих сооружениях.

Потери напора Dhвс до выбора гидротурбинного оборудования могут быть учтены только приближенно в виде предварительно принятого среднего значения, поскольку состав, компоновка и параметры водопроводящих сооружений зависят от параметров основного оборудования ГЭС.

Ограничением слева на режимном поле является минимальный расход воды, определяемый заданным ограничением по условиям функционирования водохозяйственного комплекса, который для данного примера составляет: или минимальная мощность, определяемая особенностями режимов ГЭС в графиках нагрузки.

Уравнение линии ограничения по расчетной установленной мощности имеет следующий вид:

(12.2)

где kN=9,81hгэсср - коэффициент мощности, изменяющийся в пределах от 8,2 до 8,8 в зависимости от принятого среднего КПД ГЭС hгэсср и в данном примере принят равным 8,6.

Ниже точки расчетного напора режимное поле ограничено линией пропускной способности ГЭС, которая до выбора турбинного оборудования может быть построена по следующей зависимости:

(12.3)

где - максимальная пропускная способность ГЭС, соответствующая работе гидростанции при расчетном по мощности напоре HPN, равном в данном примере 40,7м.

Пример расчета режимного поля представлен в табл.17. По полученным значениям построено режимное поле с учетом заданных ограничений по расходу, мощности и пропускной способности (рис.13), из которого определяется диапазон изменения напоров и расхода: Нmax=51,9м, Нр=40,7м, Нmin=32,6 м, и .

Для известного диапазона изменения напора далее по справочным данным [1] необходимо подобрать все возможные типы гидротурбин, для которых значение предельного напора по справочным данным было бы не меньше полученного максимального напора и соотношение Нmin/Hmax по справочным данным не превышало бы аналогичного фактического отношения.

Полученную по режимному полю область допустимых режимов работы проектируемой ГЭС по напору и расходу необходимо нанести на главные универсальные характеристики для всех намеченных к рассмотрению типов гидротурбин. Для этого предварительно необходимо принять максимальный диаметр рабочего D1 колеса для каждого типа турбин, исходя из условий их изготовления и доставки на ГЭС, а на главных универсальных характеристиках задаться ограничением пропускной способности турбин.

Для радиально-осевых и пропеллерных гидротурбин таким ограничением является линия 5%-ного запаса мощности, которая однозначно задана на главной универсальной характеристике.

Для поворотно-лопастных и диагональных турбин такое ограничение на характеристике отсутствует. В этом случае в качестве ограничения пропускной способности принимается некоторое сочетание открытия направляющего аппарата а0 и угла разворота лопастей рабочего колеса j, которое рекомендуется выбирать из условия обеспечения максимальной пропускной способности и допустимых условий кавитации гидротурбины. В первом приближении в качестве такого приближения может быть принят максимальный угол разворота лопастей турбины, которое в дальнейших расчетах будет уточняться.

На линии ограничения пропускной способности турбины необходимо наметить расчетную точку и определить в ней мощность агрегата для предварительно принятого максимального диаметра рабочего колеса. Расчетная точка должна соответствовать принятой в первом приближении максимальной пропускной способности турбины, и находиться на линии приведенной частоты вращения, проходящей через оптимальное значение КПД на главной универсальной характеристике.


Таблица 17

Результаты расчета режимного поля проектируемой ГЭС

 

Кривые связи нижнего бьефа для летних и зимних условий   Напорные характеристики Линия ограничения по расчетной установленной мощности Линия ограничения по пропускной способности ГЭС.
Qнб Zнблето Zнбзима Ннпу Нумо Нzвб1 H Q H Q
м3 м м м м м М м3 М м3
171,0 53,5 40,4 49,0 53,5 40,7
173,3 173,6 51,2 37,8 46,4 52,6 39,8
173,8 174,3 50,7 37,1 45,7 51,7 38,9
174,2 175,1 50,3 36,3 44,9 50,8 38,0
174,7 175,8 49,8 35,6 44,2 49,9 37,1
175,1 176,3 49,4 35,1 43,7 49,0 36,2
175,6 176,6 48,9 34,8 43,4 48,1 35,3
176,0 48,5 34,4 43,0 47,2 34,4
176,2 177,5 48,3 33,9 42,5 46,3 33,5
176,4 177,9 48,1 33,5 42,1 45,4 32,6
176,6 178,4 47,9 33,0 41,6 44,5 31,7
176,9 178,8 47,6 32,6 41,2 43,6 30,8
177,1 179,2 47,4 32,2 40,8 42,7 29,9
177,4 179,5 47,1 31,9 40,5 41,8 29,0
177,6 179,8 46,9 31,6 40,2 40,7 28,1

 


 
 
 
 

Мощность агрегата в расчетной точке определяется по формуле:

(12.4)

где Q`I р - приведенный расход воды в расчетной точке;

hгср – средний КПД генератора, принимаемый равным 0,96-0,97;

hТ – КПД натурной гидротурбины, вычисляемый в расчетной точке по формуле:

(12.5)

где hм , D , НмКПД, диаметр и напор модельной турбины;

di, НрN -диаметр и расчетный напор натурной турбины;

nm, nh - коэффициенты кинематической вязкости воды для модельной и натурной гидротурбины, зависящие от температуры воды для натурных и модельных условий tн и tм;

e - коэффициент, выражающий отношение потерь трения ко всем гидравлическим потерям и принимаемый равным 0,75 для ПЛ- и ПЛД-турбин, а для РО-турбин исходя из следующих условий:

, (12.6)

где Q'10 - приведенный расход воды в оптимуме главной универсальной характеристики.

 

Разность между hТ и hМ является поправкой КПД при переходе от модели к натурной гидротурбине и определяется по формуле:

, (12.7)

Число устанавливаемых на ГЭС агрегатов рассчитывается по формуле:

, (12.8)

Очевидно, в общем случае число агрегатов zа получится дробное, что потребует округления его в большую сторону до целого числа и, следовательно, затем уточнения мощности агрегата Na, по формуле (12.8) после округления числа агрегатов до целого числа. Число агрегатов рекомендуется принимать кратное 2 или 3 для того, чтобы главная схема электрических соединений была симметричной.

Далее необходимо рассчитать частоту вращения турбины по формуле:

(12.9)

где n'1p - приведенная частота вращения в расчетной точке главной универсальной характеристики;

Dр - поправка на приведенную частоту вращения при переходе от модели к натуре, равная отношению КПД натурной турбины к КПД модели в расчетной точке.

 

По полученной синхронной частоте вращения необходимо принять ближайшее большее стандартное значение синхронной частоты вращения по известному стандартному ряду [1].

Для выбранного максимального диаметра турбины D1 и стандартного значения синхронной частоты вращения необходимо нанести на главную универсальную характеристику линии приведённой частоты вращения, соответствующие известным напорам турбины Нmax, Нр и Нmin, предварительно вычислив три значения приведенной частоты вращения для указанных напоров по формуле

(12.10)

где nс – стандартное значение синхронной частоты вращения.

 

Указанные линии должны размещаться на главной универсальной характеристике таким образом, чтобы в диапазоне напоров от Hmax до HpN гидротурбина работала с наибольшим КПД, а, следовательно, с наибольшей мощностью и выработкой энергии по сравнению с диапазоном HpN- Hmin. Если это условие не выполняется, необходимо принять другое стандартное значение синхронной частоты вращения, повторить расчеты по формуле (12.10) и в результате получить удовлетворительное совмещение диапазона напоров с главной универсальной характеристикой. В результате нанесения указанных линий n`I на главную универсальную характеристику изменится положение расчетной точки. Она переместиться с линии n`I, проходящей через оптимум КПД главной универсальной характеристики, на линию n`IНр, вычисленную по формуле (12.10) для HpN.

Окончательное положение расчетной точки на линии n`IНр с учетом ранее округленного числа агрегатов и уточненной мощности агрегата Na осуществляется на основании решения следующего уравнения:

, (12.11)

Правая часть уравнения (12.11) является константой при всех известных его параметрах, а левая часть определяется подбором такой точки на линии n`IНр, чтобы произведение параметров Q`I и hT в этой точке обеспечивало выполнение указанного равенства.

Для полученной расчетной точки необходимо построить линию ограничения по установленной мощности агрегата. Для этого на линии n`IНmax, соответствующей напору Нmax, необходимо аналогичным образом, подставив в уравнение (12.11) вместо Нр напор Нmax,найти точку и соединить её с расчетной точкой.

Полученное сочетание параметров D1, Za и nс является приемлемым, если расчетная точка на главной универсальной характеристике находится в рекомендуемом по справочным данным [1] диапазоне изменения по Q`Imax и s для данной турбины, и линия ограничения по установленной мощности агрегата лежит правее оптимума, что соответствует более полному использованию турбины.

В противном случае необходимо перейти к другому стандартному значению диаметра гидротурбины D1 и выполнить расчеты по изложенному выше алгоритму.

В рассматриваемом примере для известного диапазона изменения напора Нmin=32,6 м, Нmax=51,9 м и Нmin/Hmax=0,63 по справочным данным [1] выбираем следующие типы гидротурбин: ПЛ60 – В, ПЛД60 - В60°, РО75 – В. Основные параметры выбранных типов модельных гидротурбин представлены в табл.18 .

Таблица 18

 

Параметры выбранных типов модельных гидротурбин

 

Параметр ПЛ60 – В ПЛД60 – В60° РО75 – В
Нпред, м
Hmin/Hmax 0,50 0,50 0,60
n`Io, мин-1
Q`Io, л/с
hмо 0,913 0,906 0,918
Q`Imax, л/с 1160 – 1400 1200 – 1400 1150 – 1220
s при Q`Imax 0,35 – 0,52 0,30 – 0,50 0,12 – 0,128
D, м 0,460 0,460 0,460
Нм, м 10 – 12
tм, °С

По [1] определяем максимальный диаметр рабочего колеса для каждого типа турбин, исходя из условий их изготовления.

Принимаем, что доставка оборудования на ГЭС осуществляется железнодорожным транспортом. По условиям транспортировки железнодорожным транспортом есть ограничения для радиально-осевых турбин: D1 £ 6,3 м.

Рассмотрим далее пример выбора параметров для каждого из намеченных вариантов гидротурбин.

Пример выбора параметров для гидротурбины ПЛ60 – В.

Главная универсальная характеристика модели и ее проточная часть представлена на рис.14 и 15.

Максимальный диаметр по условиям изготовления D1=850 см.

На главной универсальной характеристике (рис.14) намечаем расчетную точку Р1, предварительно проведя линию n`Io через оптимум КПД.

Определяем мощность агрегата в расчетной точке для следующих параметров [1]: Q`1(Р1) = 1,56 м3/с,

hгср = 0,97о.е.,

НР = 40,7 м,

при tн=10°C nн=1,3×106 м2/с,

при tм=20°C nн=1,01×106 м2/с.

hм=0,883 о.е.

о.е.,

МВт.

 

Находим число устанавливаемых на ГЭС агрегатов: шт., принимаем Zа = 6 шт.

Уточняем мощность агрегата: МВт.

Определяем поправку D1 и синхронную частоту вращения гидротурбины nс .

об/мин


 
 

 

 

 

 
 



Принимаем по [1] стандартное значение синхронной частоты nc1 = 100 об/мин., так как nc1 =90,9 и 93,8 об/мин. не удовлетворяют выше сформулированным условиям.

Для уточнения положения рабочей точки вычислим n`I при НР, Нmax и Нmin:

об/мин,

об/мин,

об/мин.

На главной универсальной характеристике проводим линии , , . Определяем окончательно положение расчетной точки с учетом округленного числа агрегатов и уточненной мощности агрегата. Для этого на главной универсальной характеристике на линии n`IHp подбираем такое сочетание Q`I и hТ, чтобы выполнялось равенство.

.

Координаты расчетной точки Q`I=1,30 м3/с, hТ = 0,925 о.е.

Для более обоснованного выбора параметров гидротурбины ПЛ-60 выполнены расчеты для ряда других стандартных значений диаметров, результаты которых представлены в табл.19.

 

Таблица 19

Результаты расчета параметров оборудования

для различных значений D1 гидротурбины ПЛ60-В

 

D1, м 8,5 7,5 7,1 6,3 5,6
hт 0,925 0,925 0,924 0,923 0,922 0,922 0,921 0,920
N`агр,МВт 257,6 228,0 200,3 179,4 141,1 127,9 111,3 88,6
Za',шт 4,99 5,63 6,41 7,16 9,10 10,04 11,53 14,49
Za,шт
Nагр,МВт 214,0 214,0 160,5 160,5 128,4 107,0 107,0 85,60
D1 1,048 1,013 1,012 1,011 1,010 1,010 1,009 1,008

 

продолжение табл. 19

 

D1, м 8,5 7,5 7,1 6,3 5,6
nc1', об/мин 89,11 93,08 99,26 104,8 118,0 123,9 132,7 148,5
nc1, об/мин 107,1 115,4 136,4
n1Hmin, об/мин 145,4 139,2 139,8 142,6 137,2 130,7 133,1 130,8
n1Hp, об/мин 130,1 124,6 125,1 127,7 122,8 117,0 119,2 117,1
n1Hmax, об/мин 115,2 110,3 110,8 113,0 108,8 103,6 105,6 103,7

 

Из анализа полученных вариантов выбираем турбину с диаметром D1=6,3 м, Za=10 и nс=118 об/мин как наиболее полно удовлетворяющую перечисленным выше требованиям. Линию ограничения по генератору строим аналогичным подбором точки на линии n`IНmax. Её координаты Q`I=1,0 м3/с, hт = 0,91 о.е. Линия ограничения по турбине соответственно аор1=41,5 мм (рис.14).

Пример выбора параметров для гидротурбины ПЛД60 - В60°

Главная универсальная характеристика модели и ее проточная часть представлены на рис.16 и 17. Результаты расчета для ряда стандартных значений диаметров, начиная максимального по условиям изготовления D1=850 см представлены в табл.20.

Из анализа полученных вариантов окончательно для ПЛД –60 выбираем турбину с диаметром D1=7,1 м, Za=8 и nс=101 об/мин. Координаты точки линии ограничения по генератору составляют Q`I=0,96 м3/с, hт = 0,932 о.е. Линия ограничения по турбине соответствует открытию направляющего аппарата аор1=39,4 мм (рис.16).


 
 
 
 

 
 

 
 

Таблица 20

 


Результаты расчета параметров оборудования для различных значений D1 гидротурбины ПЛД60-В60°

 

D1, м 8,5 7,5 7,1 6,3 5,6
hт 0,930 0,930 0,929 0,929 0,928 0,927 0,927 0,926
N`агр,МВт 260,6 230,8 202,7 181,6 142,8 129,4 112,7 89,7
Za',шт 4,9 5,6 6,3 7,1 9,0 9,9 11,4 14,3
Za,шт
Nагр,МВт 214,0 214,0 160,5 160,5 142,7 107,0 107,0 85,6
D1 1,044 1,026 1,026 1,025 1,024 1,023 1,023 1,022
nc1', об/мин 85,1 89,7 95,6 101,0 113,7 119,4 127,9 143,1
nc1, об/мин 93,8 93,8 107,1 136,4
n1Hmin, об/мин 136,7 129,7 129,7 131,5 136,3 129,8 132,3 130,0
n1Hp, об/мин 122,3 116,1 116,1 117,7 122,0 116,2 118,4 116,3
n1Hmax, об/мин 108,3 102,8 102,8 104,3 108,0 102,9 104,8 103,0

 








Дата добавления: 2015-05-16; просмотров: 4264;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.042 сек.