Выбор диаметра рабочего колеса

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Исходные данные

1. Топография региона: №14

2. Геология в районе строительства: скала

3. Расчетный расход воды в реке после возведения ГЭС:

Максимальный 3500

Минимальный 100

4. Основные параметры ГЭС:

Нормальный подпорный уровень (НПУ) - 174 м

Уровень мертвого объема (УМО) - 170 м

Пропускная способность всех турбин ГЭС - 585

Количество агрегатов 12

Связь с энергосистемой 320 км

Схема напоров

Зная пропускную способность всех агрегатов, можно определить расход через 1 агрегат:

Q_{1 агр}=Q_ГЭС/n=585/12=48, 75м³/с.

Для определения схемы напора построим кривую связи расходов и уровней воды в нижнем бьефе (см. приложение 1)

Зная уровни НПУ и УМО, определяем необходимые напоры ГЭС:

максимальный напор: =174, 0-123, 4=50, 6м,

минимальный напор: =170, 0-125, 1=44, 9м,

=174, 0-128, 7=45, 3м,

расчетный напор:

По полученным данным строим схему напоров (см. приложение 2).

Выбор основных параметров турбины

Основные параметры турбины

Выбор типа рабочего колеса

Выбор типа гидротурбины производится по максимальному напору и мощности ГЭС. По таблице 1.1 [1] выбираем подходящие типы турбин. Таким образом, для напора 50, 6м выбираем гидротурбины ПЛ 50 и РО 75

Гидротурбина ПЛ 50

Выбор диаметра рабочего колеса

Определим мощность турбины агрегата ГЭС:

Диаметр рабочего колеса D1 (м) гидротурбины определяется по формуле:

, где

- мощность одной турбины агрегата ГЭС, кВт;

- приведенный расход в расчётной точке ;

- КПД натурной турбины, соответствующий ее работе в расчетной точке.

- приведенный расход в оптимуме универсальной характеристики

- расчетный напор гидротурбины:

Полученное значение диаметра рабочего колеса округляем до ближайшего стандартного, т.о. . И определяем расход через гидротурбину с этим диаметром.

Можно уточнить значение КПД натурной турбины по формуле:

Определим поправку для КПД:

Определим приведенный расход, соответствующий выбранному диаметру и рабочему напору:

Уточним значение мощности турбины:

Определение синхронной частоты вращения

Нормальную частоту вращения гидротурбины определяем по формуле:

где – приведённая частота вращения рабочего колеса натурной гидротурбины, соответствующая рабочей точке на универсальной характеристике.

n= =340об/мин.

По табл.1.6 [1] выбираем ближайшую синхронную частоту вращения =375об/мин.

Определение зоны работы гидротурбины

Определим зону работы ограничения по приведённой частоте вращения двумя горизонтальными линиями вращения:

По значениям и на универсальной характеристике гидротурбины нанесем горизонтальные линии и проведем визуальную оценку расположения зоны работы. Т.к. при найденной частоте вращения и диаметре «яблочко» не попадает в зону работы, то определим зону работы заново изменив частоту и диаметр рабочего колеса. Примем n=333.3об/мин и D=2, 5м.

Теперь нанеся на рабочую характеристику зону работы видно, что «яблочко» попадает в нее.

Приведенный расход при максимальном напоре равен:

Определив диаметр рабочего колеса и частоту вращения проектируемой гидротурбины, убедимся в правильности выбранных значений. Для этого нанесем зону работы на универсальную характеристику.

Рис. 1. Универсальная характеристика гидротурбины ПЛ 50

Определение высоты отсасывания

Для определения высоты отсасывания при курсовом проектировании воспользуемся следующей формулой:

где =1, 1 – коэффициент запаса

- кавитационный коэффициент турбины с универсальной характеристики

- напор турбины

- отметка воды в нижнем бьефе.

Все вычисления сводим в таблицу 1.

таблица №1

Δ УВБ	Δ УНБ	Н, м			Нs, м
	123, 4	50, 6	0, 24	1, 1	-3, 49
171, 3	125, 1	46, 2	0, 31	1, 1	-5, 89
	125, 1	44, 9	0, 25	1, 1	-2, 49

Выбираем максимальную высоту отсасывания по модулю

Отметка рабочего колеса

Гидротурбина РО75

Определение синхронной частоты вращения

Нормальную частоту вращения гидротурбины определяем по формуле:

n= = 230об/мин.

По табл.1.6 [1] выбираем ближайшую синхронную частоту вращения =230, 8 об/мин.

Расчет спиральной камеры

При небольших напорах (H< 40м) спиральная камера выполняется непосредственно в железобетоне. При высоких напорах (H> 40м), когда железобетонные конструкции не в состоянии воспринимать усилие от воздействия давления воды на стенки, спиральные камеры выполняются металлическими. Таким образом для ПЛ гидротурбин применяют как бетонные, так и металлические спиральные камеры. Т.к. у нас H> 40м, то выбираем железобетонную спиральную камеру с металлической облицовкой.. Выбираем угол охвата и соотношения размеров спиральных камер.

;

Выбор отсасывающей трубы

Отсасывающая труба является элементом проточной части гидротурбины, предназначена для отвода воды от рабочего колеса и восстановления кинетической энергии потока. При отсутствии отсасывающей трубы энергия потока теряется и КПД турбины уменьшается. При установке отсасывающей трубы кинетическая энергия потока после рабочего колеса преобразуется в энергию давления. В результате под рабочим колесом создается дополнительное разрежение. Отсасывающая труба оказывает существенное влияние на эксплуатационные качества турбины, поэтому большое значение имеет правильный выбр ее размеров и формы.

Габаритные размеры отсасывающей трубы должны выбираться на основе технико-экономических расчётов.

- высота отсасывающей трубы, отсчитываемая от плоскости нижнего кольца направляющего аппарата до дна колена

Исходя из опыта эксплуатации гидротурбин, для ПЛ турбин принимается:

Угол расширения входного диффузора колена

Выбор типа колена и определение его размеров проводится по таблице 7.1[1]. Для РО гидротурбин при принимается колено типа КУ-1РО.

По полученным данным строим габаритную схему отсасывающей трубы (приложении №4).

Определение параметров вала

Вал – одна из наиболее ответственных деталей гидроагрегата. Вал представляет собой цилиндрическую поковку из стали 40 или 20ГС с центральным осевым отверстием и с фланцами на концах.

Внешний диаметр вала вертикальных гидроагрегатов выбирается в зависимости от крутящего момента и округляется до ближайшего меньшего нормального размера:

где N – мощность, передаваемая валом, кВт;

n – номинальная частота вращения вала, об/мин.

По кривой на рис.IV.64 и табл. IV.38 стр.176 [3] принимаем внешний диаметр:

Внутренний диаметр

где - максимальное допустимое напряжение на кручение, =450кг/см²

Округляем до ближайшего нормального значения -

1) Проверка вала на предельное значение напряжения на кручение

Условие выполняется.

2) Проверка на прочность с учетом осевых усилий.

где - напряжение растяжения, кг/см2

- напряжения кручения, кг/см2

Р = Р_ОСГ + 1, 1(G_РК + G_ВТ + G_РГ + G_ВГ),

где Р_ОСГ – гидравлическая составляющая осевого усилия;

G_РК – вес рабочего колеса гидротурбины;

G_ВТ – вес вала гидротурбины;

G_РГ – вес ротора генератора;

G_ВГ – вес вала генератора.

Р_ОСГ = К_ОС D₁² H_MAX,

где К_ОС=3, 4 кН/м³ -коэффициент, определяемый приближенно системой турбины и типом рабочего колеса (табл.1.8 стр.27) [1];

Р_ОСГ= кН =96т

Вес рабочего колеса и вес вала турбины определяются конструкцией гидротурбины. Для приближенного их подсчета воспользуемся следующими формулами

G_РК=К× D₁³

где К= 4, 9…6, 4 кН/ м³ для РО гидротурбин, принимается К=5.

G_РК= =65, 7 кН=6, 6т

G_ВТ = (0, 6…1, 3) G_РК=0, 8× 66 =52, 8 кН=5, 3т

Вес ротора генератора и вес вала генератора определены в пункте 7.

G_РГ + G_ВГ = 99т

Р =96+1, 1(6, 6+5, 3+99)=220т.

Выбор трансформатора

Наибольшая длина линии электропередачи 180 км. Следовательно, напряжение необходимо повышать на 220 кВ. схема электрического соединения – блочная. Трансформатор выбираем по мощности и по напряжениям.

Критериями выбора трансформатора являются:

1.низшее напряжение =10, 5кВ;

2.высшее напряжение =220кВ;

3.полная мощность S= МВА.

По Б.Н. Неклепаеву и И.П. Крючкову выбираем трансформатор ТД-32000/220.

его характеристики:

1. низшее напряжение =10, 5кВ;

2. высшее напряжение =225кВ;

3. номинальная мощность S=32МВА;

4. ширина =5, 5м;

5. длина =8, 4м;

6. высота =7, 8м;

7.масса =110т;