Выбор основных параметров гидротурбины

Выбор системы турбины и типа рабочего колеса

Выбор системы гидротурбины и типа рабочего колеса зависит от исходных данных, принятых для конкретной гидроэлектростанции.

Исходными данными для выбора параметров турбины являются:

1. Максимальный напор H_max, м;

2. Минимальный напор H_min, м;

3. Расчетный напор H_Р, м;

4. Номинальная мощность турбины одного агрегата N, кВт;

5. Отметка расположения нижнего бьефа ГЭС над уровнем моря, м. При ее расположении меньшем, чем 100 м, в курсовых пректах ее обычно не учитывают.

Выбор системы турбин и типа рабочего колеса производим по заданному максимальному напору по табл. 1.1 ([1], с. 19 т.1.1). Для максимального напора Н_мах=69, 78м, выберем радиально-осевую гидротурбину с типом рабочего колеса РО75, поворотно-лопастную с типом рабочего колеса ПЛ70 и диагональную гидротурбину с типом рабочего колеса ПЛД70 и сравним их.

Определение диаметра рабочего колеса

Для определения диаметра рабочего колеса воспользуемся универсальной характеристикой выбранной гидротурбины, которая представлена на рис. 3.

Диаметр рабочего колеса гидротурбины определяется по формуле:

где N – номинальная мощность гидротурбины, кВт; - приведенный расход в расчетной точке, м³/с; Н_р – расчетный напор гидротурбины, м; - КПД натурной турбины, соответствующий режиму её работы в расчетной точке.

Для предварительных расчетов мощности гидротурбины принимаем:

Из формулы видно, что для получения наименьшего диаметра рабочего колеса, а следовательно и наименьших габаритов турбины, следует выбирать значение возможно большим. Однако с увеличением приведенного расхода ухудшается энергетические и кавитационные качества турбины, поэтому величина ограничена рядом условий, определяющих её значение.

Для радиально осевых гидротурбин, на универсальной характеристике которых линия 5% запаса мощности присутствует, тем самым ограничивает приведенный расход. На универсальной характеристике проводим горизонтальную линию, которая расположена выше n_опт на 2-3 оборота и из точки пересечения горизонтальной линии с линией запаса мощности опускаем перпендикуляр, тем самым находим .

РО75

;

модели, который определяется по универсальной характеристике в расчетной точке;

Δ η – поправка КПД за счет масштабного эффекта, примем 0, 03.

Вычисляем диаметр рабочего колеса:

Полученное значение диаметра округляем до стандартного большего значения ([1], с.19 т.1.5.): D_1(РО75)=2, 80м.

Пересчитаем значение - приведенного расхода:

Для поворотно-лопастных и диагональных гидротурбин, на универсальной характеристике которых линия 5% запаса мощности отсутствует, значение должно быть таким, при котором обеспечивается достаточно высокое значение КПД турбины и не происходит существенного развития кавитационного процесса. Как правило, это обеспечивается, когда в расчетной точке приведенный расход больше оптимального расхода (в точке максимального КПД) на 30-50%.

ПЛ70

Находим расчетную точку на универсальной характеристике и определим:

;

Вычисляем диаметр рабочего:

Полученное значение диаметра округляем до стандартного большего значения ([1], с.19 т.1.5.): D_1(ПЛ70)=2, 80м.

ПЛД70

Находим расчетную точку на универсальной характеристике и определим:

;

Вычисляем диаметр рабочего:

Полученное значение диаметра округляем до стандартного большего значения ([1], с.19 т.1.5.): D_1(ПЛД70)=2, 80м.

Определение частоты вращения турбины

Частота вращения турбины предварительно определяется по формуле:

где - принятый диаметр рабочего колеса; - оптимальная приведенная частота вращения турбины, определяется с учетом масштабного эффекта по формуле:

где , - максимальное значение КПД, соответственно, натурной турбины и модели; - оптимальная приведенная частота вращения модели.

Величины и определяются по универсальной характеристике и обычно указываются на ней. Величина определяется по формуле:

где – число Рейнольдса модели и турбины.

где и - диаметр и напор модельной турбины, которые указываются на универсальной характеристике.

РО75

Найденное значение частоты вращения следует округлить до величины ближайшей синхронной частоты вращения. Синхронной частотой вращения называется такая частота, которая обеспечивает стандартную частоту переменного тока в электросети. В табл. 1.6, стр. 21 [1], приводятся рекомендуемый ряд значений n_синх. Принимаем: n=230, 8об/мин.

Для дальнейших расчетов необходимо найти поправки по КПД и по приведенной частоте вращения , учитывающие увеличение КПД и приведенных оборотов натурной турбины по сравнению с моделью за счет масштабного эффекта. Поправку на приведенный расход обычно не учитывают. В соответствии с рекомендациями номенклатуры поправку определяют по формуле: