Расчет и построение энергетических характеристик гидроагрегата и ГЭС в целом для выбранного типа основного оборудования

Расчет рабочей и расходной характеристик производится на основании главной универсальной характеристики модели выбранной гидротурбины и рабочей характеристики гидрогенератора. Результаты расчета представлены в табл.30.

В графах 1,2,3 и 4 табл.30 указаны значения открытия направляющего аппарата модели, КПД модели, приведенного расхода и угла разворота лопастей, определяемые по главной универсальной характеристике модели в точках пересечения линии n`₁, соответствующих напорам H_min, H_max и H_p^N с изолиниями а_о и j. В графах 5, 6 и 7 представлены расчетные значения открытия направляющего аппарата агрегата натурной гидротурбины, кпд и расхода агрегата, вычисленные по следующим формулам:

, (12.38)

где D_oм и Z_ом – диаметр окружности расположения осей лопаток направляющего аппарата и число этих лопаток модели (указаны на проточной части универсальной характеристики);

D_o и Z_о – то же для натурной турбины в соответствии со стандартом, причем для ПЛ - и РО – турбин:

D_o = 1,2 D₁, (12.39)

Для ПЛД: D₀/D₁ = 1,33-1,32 (ПЛД50-ПЛД70);

D₀/D₁ = 1,37-1,35 (ПЛД90-ПЛД140);

D₀/D₁ = 1,40-1,42 (ПЛД170-ПЛД220).

Число лопаток Z_o принимается в зависимости от значения D_o следующим образом: при D_o < 7м Z_o=20;

при 7 ≤ D_o < 10 м Z_o=24;

при D_o ≥ 10м Z_o=28.

, (12.40)

, (12.41)

В графе 8 табл.30 указаны расчетные значения мощности натурной турбины, вычисляемой по формуле:

, (12.42)

В графе 9 табл.30 указаны значения кпд генератора, определяемые по зависимости кпд генератора от мощности турбины (рис.20).

Мощность агрегата, указанная в графе 10, рассчитывается по формуле

, (12.43)

Таблица 30

Расчет рабочей и расходной характеристик гидроагрегата

Результаты расчета характеристики Н_S = f(N_a) представлены в табл.31. В графах 1, 2 и 3 указаны значения коэффициента кавитации σ, КПД модели и приведенного расхода, определяемые по универсальной характеристике в точках пересечения выше рассмотренных линии n`₁ с изолиниями σ.

В графах 4, 7, 8, 9 и 10 представлены расчетные значения расхода, кпд агрегата, мощности натурной турбины, значение кпд генератора и значение мощности агрегата, рассчитываемые аналогично табл.29. В графе 5 указано значение Z_НБ(Q_a), определяемое по кривой связи нижнего бьефа.

В графе 6 записывается значение высоты отсасывания, вычисляемое по ранее рассмотренной формуле (12.14).

Рассмотренные энергетические характеристики представлены на рис.21 – 25.

Для построения эксплуатационной характеристики агрегата используются рабочие характеристики агрегата и вспомогательные характеристики а₀(N_а), j(N_а), Н_S(N_а) (рис.21–25). Эксплуатационная характеристика строится путем рассечения рабочей характеристики агрегата при h_ai=const, в результате чего получаются координаты изолиний КПД на эксплуатационной характеристике. Аналогично строятся изолинии а₀, j, Н_S. Эксплуатационная характеристика гидроагрегата представлена на рис.26.

Дифференциальная характеристика гидроагрегата в общем виде может быть представлена следующей математической зависимостью:

, (12.44)

Из этой формулы следует, что теоретически она может быть получена дифференцированием расходной характеристики агрегата Q_a(N_a). Однако практически это выполнить невозможно, так как собственно расходная характеристика близка к линейной зависимости, и поэтому относительный прирост расхода воды на единицу мощности будет получаться величиной постоянной, что не соответствует действительности.

Таблица 31

Результаты расчета характеристики H_s (Na)

Поэтому практически характеристику можно получить дифференцированием рабочей характеристики гидроагрегата для постоянного напора агрегата Н_а по формуле

, (12.45)

где dη_a, dN_a – изменение КПД и мощности агрегата на расчетном интервале между двумя точками рабочей характеристики агрегата;

– средний КПД и средняя мощность на том же интервале.

Поскольку дифференциальная характеристика может иметь достаточно большую погрешность при ее расчете, так как она весьма чувствительна к точности параметров, входящих в ее расчетную зависимость, то в связи с этим целесообразнее использовать не рабочую характеристику агрегата, а характеристику потерь его мощности .

В этом случае расчетная зависимость для дифференциальной характеристики агрегата будет иметь следующий вид

(12.46)

где dΔN_a^п, dN_a – изменение потерь мощности агрегата ΔN_a^п и самой мощности агрегата N_a на расчетном интервале.

При этом значения мощности агрегата N_a и КПД агрегата снимаются с рабочей характеристики агрегата η_а(N_a) при постоянном напоре для различных точек в заданном диапазоне изменения мощности N_a и КПД η_а.

Потери мощности агрегата вычисляются по формуле:

, (12.47)

Пример расчета дифференциальной характеристики q_a^’(N_a) для одного напора представлен в табл.32 и для трех напоров показан на рис.27.

Из анализа полученных результатов расчета следует, что при высоких напорах агрегат работает с более высокими КПД, чем при меньших напорах. Поэтому дифференциальная характеристика агрегата q_a^’(N_a) при высоких напорах изменяется не так существенно, как при меньших напорах.

Построение энергетических характеристик ГЭС выполняется следующим образом, предполагая, что все агрегаты имеют одинаковые характеристики. Для построения рабочей характеристики ГЭС при постоянном напоре необходимо сначала построить рабочую характеристику для одного агрегата. Далее, задаваясь постоянным значением h_а, определяется мощность агрегата N_а, которая умножается на число агрегатов и откладывается на графике при том же значении КПД h_а. В результате получаются координаты рабочей характеристики ГЭС при включении двух, трех и т.д. агрегатов (рис.28).

Расходная характеристика ГЭС при постоянном напоре строится аналогично рабочей характеристике с той лишь разницей, что на число агрегатов умножается не только мощность, но и расход (рис.29).

Таблица 32

Расчет дифференциальной характеристики гидроагрегата

при Н_р^N = 40,7м

Na, МВт	ηа, о.е.	ΔNaп, МВт	dNa, МВт	dΔNaп МВт	o.е.	qa’,	МВт
	0,9245	4,90
	0,9310	5,19		0,29	1,029	2,577
	0,9358	5,49		0,30	1,030	2,580
	0,9394	5,81		0,31	1,031	2,582
	0,9403	6,34		0,53	1,053	2,637
	0,9395	7,08		0,74	1,074	2,689
	0,9361	8,19		0,98	1,098	2,750
	0,9313	9,44		1,25	1,156	2,895

При построении указанных характеристик ГЭС особое внимание следует обратить на определение точек включения каждого агрегата. Включение каждого последующего агрегата определяется точкой пересечения характеристик при постоянном напоре для Z_a и Z_a+1 агрегатов. Если указанное пересечение происходит правее линии ограничения по турбине и генератору, то включение агрегата происходит скачком по линии ограничения.

Следует также отметить, что ограничения по турбине и генератору нанесенные ранее на главные универсальные характеристики которые соответствовали средним КПД генератора, отличаются от ограничений на энергетических характеристиках, так как последние являются более точными, поскольку учитывают переменный КПД генератора.