Выбор и определение размеров отсасывающей трубы

Отсасывающие трубы служат для отвода воды от реактивных турбин, а также позволяют использовать большую часть кинетической энергии потока воды, выходящей из рабочего колеса. Они позволяют также устанавливать рабочее колесо выше уровня нижнего бьефа без потерь части напора ниже рабочего колеса турбины. Для вертикальных средних и крупных турбин их делают изогнутыми. Форма и обозначения основных размеров таких труб показаны на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 - Изогнутая отсасывающая труба

Изогнутая отсасывающая труба состоит из следующих характерных элементов:

- начального, включающего рабочую камеру 1;

- конического (входного) диффузора круглого сечения 2;

- колена 3;

- горизонтального (выходного) диффузора прямоугольного сечения 4.

Типы рекомендуемых к применению отсасывающих труб и их основные размеры для гидротурбин с D₁ = 1,0 м указаны в таблице 5.1. Все эти типы труб изготовляются с коленом серии № 4, геометрическая форма и обозначения основных размеров которого приведены на рисунке 5.2, а размеры колен отсасывающих труб для турбин различных типов с D ₁ = 1,0 м указаны в таблице 5.2.

Рисунок 5.2 - Колено серии № 4

Входной диаметр конического диффузора D ₃рекомендуется принимать равным выходному диаметру рабочего колеса D ₂, т.е. D ₃ = D ₂. Значения выходных диаметров рабочих колес различных типов в соответствии с [12] (стр. 145 и табл. 9.6) могут быть приняты равными:

для поворотно-лопастных турбин D₂ = 0,973 D₁;

для радиально-осевых турбин – в зависимости от их типа

Тип турбины	РО45	РО75	РО115	РО170	РО230	РО310	РО400	РО500	РО700
D ₂	1,15 D ₁	1,1 D ₁	1,0 D ₁	0,95 D ₁	0,9 D ₁	0,85 D ₁	0,7 D ₁	0,65 D ₁	0,55 D ₁

Таблица 5.1

Тип отсасывающей трубы	Размеры отсасывающих труб	Примерная область применения
h: D ₁	h	L	B ₅	D ₄	h ₄	h ₆	L ₁	h ₅
4А	1,915	1,915	3,5-4,5	2,20	1,10	1,10	0,55	1,417	0,95-1,03	для ПЛ 20
4С или 4Д	2,3	2,3	4,5	2,38-2,6	1,170	0,170	0,585	1,5	1,2-1,1	для ПЛ 20; ПЛ 30; ПЛ 40-ПЛ 80
	2,5	2,5								для ПЛ 10;ПЛ 15; ПЛ 20; РО 45; РО 75; РО 230
	2,6	2,6	4,5	2,74	1,352	1,352	0,67	1,75	1,23
	2,7	2,7
	2,3	2,3	3,5	2,17	1,04	1,04	0,51	1,41	0,94	для РО 310 – РО 500

Таблица 5.2

Для отсасывающей трубы типа	Размеры колен отсасывающих труб
D ₄	h ₄	B ₄	L ₁	h ₆	а	R ₆	a ₁	R ₇	a ₂	R ₈
4А	1,100	1,100	2,200	1,417	0,550	0,395	0,940	1,205	0,660	0,087	0,634
4С или 4Д	1,170	1,170	2,380	1,500	0,584	0,422	1,000	1,275	0,703	0,0934	0,677
4Н	1,352	1,352	2,740	1,750	0,670	0,487	1,160	1,478	0,815	0,107	0,782
	1,040	1,040	2,170	1,410	0,510	0,369	0,879	0,135	0,640	0,0803	0,590

Высота начального элемента отсасывающих труб h₁ + h₂ определяется габаритами рабочих колес: для радиально-осевых турбин (рисунок 5.3) высота h ₁ = (0,12-0,15)D₁ для напоров до 200 м и h₁ = (0,18-0,20) D₁ для более высоких напоров ([12], стр. 148), высота h₂ относительно невелика и выбирается конструктивно; для поворотно-лопастных турбин –h₁= 0,21D₁, а h₂ = (0,09-0,12)D₁.

Рисунок 5.3 – Габариты рабочих колес

При выходном диффузоре с наклонными основаниями угол наклона основания к горизонтальной плоскости выбирается в пределах, не превышающих 6°-12°.

Для турбин подземных и полуподземных ГЭС рекомендуется специальный тип отсасывающих труб с коленом круглого сечения постоянного диаметра, условно называемых «высокими» (при подземном размещении здания ГЭС высота трубы незначительно влияет на объем работ, но очень важно сократить ее ширину с целью сохранения целиков породы между трубами). Высота этих труб h >(3,5-4,0) D ₁, а их осевая длина может достигать (15-20) D ₁. Форма высокой отсасывающей трубы с обозначением основных размеров приводится на рисунке 5.4, а размеры указаны в таблице 5.3.

При определении размеров отсасывающей трубы с помощью таблиц необходимо произвести проверку достаточности площади выходного сечения с точки зрения допустимых выходных потерь энергии. Допустимая величина выходной скорости V ₃ ^доп в зависимости от напора турбины Н в соответствии с рис. 168 [3] равна:

Н, м
V^д ₃ ^оп, м/с	1,0	2,2	2,6	2,9	3,2	3,45	3,7	3,85

Таблица 5.3 - Основные параметры высокой отсасывающей трубы

Обозначения	Размеры	Обозначения	Размеры
	не менее (3,5-4,0) D ₁	α ₁	0,825 D ₁
h	(1,5-2,0) D ₁	α ₂	0,825 D ₁
D	1,45 D ₁	α ₁	-30°
D = D	1,65 D ₁	α ₂	-90°
R	1,6 D ₁	β	до 30°
L₁	1,6 D ₁	2θ	5-7°

Рисунок 5.4 – Схема высокой отсасывающей трубы

В случае если скорость в выходном сечении трубы V₅ = Q_T / F₅ окажется выше допустимой, необходимо увеличить его площадь или удлинением выходного диффузора, или увеличением угла наклона верхнего перекрытия (до 10°-14°), при этом верхняя кромка выходного сечения должна быть заглублена под минимальный уровень в нижнем бьефе не меньше, чем на 0,3-0,5 м.

Опорные бычки в выходном диффузоре обычно устанавливаются при ширине трубы В ₅>10-12 м. Толщина бычка принимается в пределах δ = (0,1-0,15) В ₅. Расстояние от входной кромки бычка до оси вращения турбины принимается равным длине колена, но не меньше 1,4D₁.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудование гидроэлектростанций: Справочное пособие: В 2 т. /Под ред. Ю.С. Васильева, Д.С. Щавелева. – М.: Энергоиздат, 1988 г. – Т.1.

2. Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудование гидроэлектростанций: Справочное пособие: В 2 т. /Под ред. Ю.С. Васильева, Д.С. Щавелева. – М.: Энергоиздат, 1990. Т.2.

3. Барлит В.В. Гидравлические турбины. – Киев: Вища школа, 1977. – 360 с.

4. Бережной А.А. Силовые здания гидроэлектрических станций. – М. – Л.: Энергия, 1964. – 310 с.

5. Гидроэлектрические станции /Под ред. В.Я. Карелина, Г.И. Крив-ченко. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 464 с., ил.

6. Гидроэнергетические установки /Под ред. Д.С. Щавелева. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоиздат, 1981. – 520 с.

7. СНиП 2.06.01-86. Гидротехнические сооружения речные. Основные положения проектирования. Нормы проектирования. – М.: Стройиздат, 1987. – 30 с.

8. Здания гидроэнергетических установок /Под ред. Д.С. Щавелева. – Л.: Энергия, 1967. – 204 с.

9. Использование водной энергии /Под ред. Д.С. Щавелева. – Л.: Энергия, 1976. – 655 с.

10. Ковалев Н.Н. Проектирование гидротурбин. – Л.: Машиностроение, 1974. – 280 с.

11. Кох П.И., Нещерстный П.М., Чекулаев В.А. Козловые краны для гидроэлектростанций. – М.: Машиностроение, 1972. – 168 с.

12. Кривченко Г.И. Гидравлические машины: Турбины и насосы. – 2-е изд. – М.: Энергоатомиадат, 1983. – 320 с.

13. ВНТПО 12-77. Нормы технологического проектирования гидроэлектростанций. Минэнерго СССР. – М., 1977. – 134 с.

14. Подъемные механизмы гидротехнических сооружений /Под ред. В.Я. Мартенсона. – М.: Энергия, 1978. – 174 с.

15. Потапов В.М., Ткаченко П.Е., Юшмаков О.А. Использование водной энергии. – М.: Колос, 1972. – 344 с.

16. Претро Г. А. Специальные типы зданий гидроэнергетических установок. – М.: Энергия, 1976. – 238 с.

17. Слисский С.М. Гидравлика зданий гидроэлектростанций. – М.: Энергия, 1970. – 424 с.

18. Смирнов И.Н. Гидравлические турбины и насосы. – 2-е изд. – М.: Высшая школа, 1969. – 400 с.

19. Справочник конструктора гидротурбин /Под ред. Н.Н. Ковалева. – Л.: Машиностроение, 1971. – 304 с.

20. Турбинное оборудование гидроэлектростанций /Под ред. А.А. Морозова. – 2-е изд. – М. – Л.: Энергоиздат, 1958. – 520 с.