Приклад обчислення вихідних даних

Таблиця 1.2

№ варіанту	NВ, МВт	ÑНПР, м	ÑРМО, м	ÑД, м	QП, тис. м3/сек.	hМІН, м	hГЕС, м	hМАКС, м	Кількість агрегатів	Тип машинної зали	Геологічні умови
		212,0	210,0	193,4	300,0	4,3	8,8	13,3		З	Граніт

1 Встановлена потужність ГЕС N_В = 30 МВт;

2 Відмітка нормального підрірного рівня водосховища, ÑНПР = 212,0 м;

3 Відмітка рівня мертвого об¢єму водосховища, ÑРМО = 210,0 м;

4 Відмітка дна річки у створі ГЕС ÑД = 193,4 м;

5 Рівні води у нижньому б¢єфі:

5.1 Глибина води при роботі одного агрегату ГЕС h_МІН = 4,3 м;

5.2 Мінімальна відмітка нижнього б¢єфу ÑНБ_МІН = ÑД + h_МІН = 197,7 м;

5.3 Глибина води при роботі ГЕС h_ГЕС = 8,8, м;

5.4 Відмітка нижнього бєфу при роботі ГЕС ÑНБ_ГЕС = ÑД + h_ГЕС = 202,2 м;

5.5 Глибина води при максимальній витраті h_МАКС = 13,3 м;

5.6 Максимальна відмітка нижнього бєфу

ÑНБ_МАКС = ÑД + h_МАКС = 206,7 м;

6 Максимальна повенева витрата Q_П = 300 м³/сек.;

7 Кількість агрегатів ГЕС z = 4 шт.;

8 Тип машинної зали – закритого типу;

9 Геологічні умови створу гідровузла - граніт.

Вихідны дані наведено в табл. 3.1.

4 Вибір типу гідротурбін, розрахунок основних параметрів. Тип гідротурбін обирається за величиною діючих напорів і потужністю турбін. З метою спрощення в курсовому проекті визначаємо статичні напори на ГЕС і вважаємо їх за діючі:

максимальний напір Н_МАКС = ÑНПР - ÑНБ_МІН, м;

мінімальний напір Н_МІН = ÑРМО - ÑНБ_ГЕС, м;

розрахунковий напір Н_Р = (2Н_МІН + Н_МАКС) / 3, м.

Визначаємо потужність турбіни за формулою:

 

, МВт (1.1)

 

де N_B - встановлена потужність ГЕС, МВт;

z - кількість агрегатів ГЕС, шт;

h_Г – коефіціент корисної дії генератора, h_Г = 0,96-0,98.

Основні параметри гідротурбіни наступні: Н – напір, м, Q – витрати, м³ / сек, N_T – потужність на валу, кВт, n_C – частота обертання турбіни, об / хв, D₁ – номінальний діаметр робочого колеса, м, h_T – коефіціент корисної дії (ККД) турбіни; H_S – висота відсмоктування, м.

Основні параметри турбіни та її тип попередньо визначаються за графіком областей застосування турбін (див. Додаток А). Тип турбіни обирається в залежності від максимального напору, а синхронна частота обертання агрегату та діаметр робочого колеса – по режимній точці з параметрами N_T і Н_Р.

На попередньому етапі визначаються параметри турбіни (див. Додаток А). Ці графіки наведені без урахування абсолютної висоти розташування турбін, тому, отримані параметри потім уточнюються розрахунком.

Визначається витрата турбіни

 

. м³ / сек (1.2)

 

Коефіціент корисної дії турбіни h_T приймається 0,87-0,90 для турбін ПЛ, 0,90-0,92 для турбіни РО.

Діаметр робочого колеса турбіни знаходимо за формулою:

 

, м (1.3)

 

де Q^I _I – розрахункова приведена витрата, приймається за табл. 1.3 або див. Додаток А;

N_т – потрібна розрахункова потужність;

Н_р – розрахунковий напір;

h_т – ККД турбіни.

Частота обертання турбіни (агрегату) визначається:

 

, об/хв. (1.4)

де n^I _I – розрахункова приведена частота, об / хв,

Н_р і D₁ – приймаються в метрах.

Значення n^I _I приймається за табл. 1.3 або див. Додаток А. Отримане значення n округлюється до найближчого синхронного n_С згідно Додатка А.

Допустима висота відсмоктування за умови відсутності кавітації знаходиться:

 

, м (1.5)

 

де к – коефіціент запасу (для турбін типу ПЛ к = 1.1, типу РО к = 1,05);

s – коефіціент кавітації, приймається за табл. 2.1 або див. Додаток А;

ÑТ – відмітка осі турбіни, м.

В першому наближенні приймається ÑТ = ÑНБ_МІН і значення H_S на 0,1-0,2 м менше за розрахункове.

 

 

Рисунок 1 - Основні монтажні розміри поворотно-лопатевої турбіни

 

 

Рисунок 2 - Основні монтажні розміри радіально-осьової турбіни

 

Порівнюючи отримані дані з попередніми (отриманими за частковими даними номенклатури) робимо висновок щодо вірності отриманих результатів.

Підбір турбіни завершується визначенням відмітки осі турбіни:

 

для турбін типу ПЛ , (1.6)

 

для турбін типу РО , (1.7)

 

де b₀ – висота спрямовуючого апарату (див. табл. 1.3).

Встановлюється повна маса гідротурбіни G_T (див. Додаток Б).

Таблиця 1.3 – Основні параметри і розміри турбін

 

Показники	Тип турбіни
ПЛ 10	ПЛ 20	ПЛ 30	РО 45	РО 75
nI I, об / хв
QI I, м3 / сек	2,4	1,8	1,8	1,4	1,25
s	1,7	0,8	0,85	0,22	0,18
b0 / D1	0,43	0,40	0,37	0,35	0,30
dВТ / D1	0,35	0,37	0,41	-	-
Da / D1	1,63	1,63	1,63	1,63	1,63
Db / D1	1,38	1,38	1,38	1,38	1,38
D0 / D1	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2
hкт / D1	0,2-0,25	0,2-0,25	0,2-0,25	0,2-0,25	0,2-0,25
h1 / D1	0,21	0,21	0,21	-	-
h2 / D1	0,21	0,21	0,21	0,21	0,25
D2 / D1	0,97	0,97	0,97	1,15	1,15
hS / D1	0,31	0,35	0,40	0,31	0,31

 

Примітка: 1 Щоб отримати відповідний розмір турбіни в метрах необхідно відносне значення табличного параметру помножити на діаметр турбіни в метрах. 2 Діаметр вала d_b приймається згідно Додатку Д.

 

Таблиця 1.4 – Основні розміри турбіни

№ п/п	Параметр	Розмір турбіни в долях діаметра робочого колеса	Натуральні розміри турбіни, мм
	Діаметр робочого колеса, D1
	Відносна висота напрямного апарату, b0
	Діаметр втулки, dBT
	Діаметр цапфи, dЦ
	Висота втулки обтікача, hВ
	Розміри камери робочого колеса	h1
h2
D2
	Розміри спряжіння поверхні робочого колеса	a1
b1
R1
	Розміщення колон статора і лопаток напрямного апарату	Da
Db
D0
	Висота кришки турбіни, hKT

5 Приклад вибору типу гідротурбін та розрахунку основних параметрів. Тип гідротурбін обирається за величиною діючих напорів і потужністю турбін. З метою спрощення в курсовому проекті визначаємо статичні напори на ГЕС і вважаємо їх за діючі:

- максимальний напір Н_МАКС = ÑНПР - ÑНБ_МІН = 212,0 – 197,7 = 14,3 м;

- мінімальний напір Н_МІН = ÑРМО - ÑНБ_ГЕС = 210,0 – 202,2 = 7,8 м;

- розрахунковий напір Н_Р = (2Н_МІН + Н_МАКС) / 3 = (2´7,8+14,3)/3 = 9,97 м.

Визначаємо потужність турбіни за формулою:

 

МВт (1.8)

 

де N_B - встановлена потужність ГЕС, МВт;

z - кількість агрегатів ГЕС, шт;

h_Г – коефіціент корисної дії генератора, h_Г = 0,96-0,98.

Основні параметри гідротурбіни наступні: Н – напір, м, Q – витрати, м³ / сек, N_T – потужність на валу, кВт, n_C – частота обертання турбіни, об / хв, D₁ – номінальний діаметр робочого колеса, м, h_T – коефіціент корисної дії турбіни; H_S – висота відсмоктування, м.

Основні параметри турбіни та її тип попередньо визначаються за графіком областей застосування турбін (див. Додаток А).

Тип турбіни обирається в залежності від максимального напору, а синхронна частота обертання агрегату та діаметр робочого колеса – по режимній точці з параметрами N_T = 7,6 МВт і Н_Р = 9,97 м.

Із універсальної характеристики для турбіни ПЛ-15: Q_І^І = 2,07 м³ / сек, n_І^І = 165 хв^-1, s = 0.78, D₁ = 3,55 м, h_T = 90,5 %.

Цей графік наведено без урахування абсолютної висоти розташування турбін, тому, отримані параметри уточнюються розрахунком.

Визначається витрата турбіни:

 

м³ / сек. (1.9)

 

Діаметр робочого колеса турбіни знаходимо за формулою:

 

м, (1.10)

 

де Q^I _I – розрахункова приведена витрата, приймається за табл. 2 або див. Додаток А;

N_т – потрібна розрахункова потужність;

Н_р – розрахунковий напір;

h_т – ККД турбіни.

Отримане значення округлюється до найближчого стандартного номенклатурного значення D₁ = 3,6 м.

Частота обертання турбіни (агрегату) визначається:

 

об/хв. (1.11)

де n^I _I – розрахункова приведена частота, об / хв,

Н_р і D₁ – приймаються в метрах.

Значення n^I _I приймається за табл. 2.1 або див. Додаток А.

Отримане значення n округлюється до найближчого синхронного n_С = 150 об/хв згідно Додатка А.

Допустима висота відсмоктування за умови відсутності кавітації знаходиться:

 

м, (1.12)

 

де к – коефіціент запасу (для турбін типу ПЛ к = 1.1);

s – коефіціент кавітації, приймається за табл. 1.3;

ÑТ – абсолютна відмітка розташування турбіни над рівнем моря.

В першому наближенні приймається ÑТ = ÑНБ_МІН = 197,7 м. Значення H_S приймається на 0,1-0,2 м менше за розрахункове.

Порівнюючи отримані дані з попередніми (отриманими за частковими даними номенклатури) робимо висновок щодо вірності отриманих результатів.

Підбір турбіни завершується визначенням відмітки осі турбіни:

 

для турбін типу ПЛ м. (1.13)

 

 

Рисунок 3 - Основні монтажні розміри поворотно-лопатевої турбіни

Остаточне висотне положення агрегату визначено за умови заглиблення верхової кромки вихідного отвору відсмоктувальної труби на 0,5 м нижче мінімального рівня води у нижньому б¢єфі і його позначка дорівнює м. Прийнята відмітка осі турбіни забезпечує її безкавітаційний режим роботи при різних рівнях води у нижньому б¢єфі.

Повна вага гідротурбіни становить G_T = 96 т (див. Додаток Б).

 

Таблиця 1.5 – Основні розміри турбіни

№ п/п	Параметр	Розмір турбіни в долях діаметра робочого колеса	Натуральні розміри турбіни, мм
	Діаметр робочого колеса, D1
	Відносна висота напрямного апарату, b0	0,4
	Діаметр втулки, dBT	0,35
	Діаметр цапфи, dЦ	0,3
	Висота втулки обтікача, hВ	0,33
	Розміри камери Робочого колеса	h1	0,21
h2	0,21
D2	0,97
	Розміри спряжіння поверхні робочого колеса	a1	0,5
b1	0,35
R1	0,35
	Розміщення колон статора і лопаток напрямного апарату	Da	1,56
Db =DШ	1,34
D0	1,2
	Висота кришки турбіни, hKT	0,25

 

Контрольні питання

 

1 Навести основні параметри реактивних турбін.

2 Як визначити повну вагу гідравлічної турбіни?

3 Як визначити необхідну кількість турбін будівлі ГЕС?

 

Завдання для самостійної роботи

 

1 Проаналізувати залежність діаметра робочого колеса турбіни від напору і потужності ГЕС.

2 Навести класифікацію гідравлічних турбін.

3 Чи корелюється діаметр робочого колеса турбіни і напір на ГЕС?

ПРАКТИЧНЕ ЗАНЯТТЯ №2