Выбор реактивной гидротурбины для ГЭС с расчетным (рабочим) напором 11,6 м

1.  Постановка задачи

Для ГЭС с расчетными напорами выбрать реактивную гидротурбину, то есть определить систему, тип, диаметр рабочего колеса, частоту вращения и величину допустимого заглубления () при номинальной мощности. Для выбранной турбины построить рабочие характеристики соответственно КПД от мощности, расход от мощности, высоту отсасывания от мощности, то есть , ,  для 3-х напоров и на их основе построить эксплуатационную напорно-мощностную характеристику.

2.  Исходные данные:

максимальный напор гидротурбины: H_max = 12,5 м;

расчетный (рабочий) напор: H_р = 11,6 м;

минимальный напор: H_min = 7,0 м;

высота отсасывания при H_р: H_s = +2,7 м;

номинальная мощность турбины: N_ном = 2,0 МВт;

отметка нижнего бьефа над уровнем моря:  м.

3.  Выбор системы турбины и рабочего колеса

3.1.  Выбор гидротурбины осуществляем по максимальному напору.

Выбираем гидротурбину ПЛ – 15 – ГК – 750.

3.2.  Определяем номинальный диаметр рабочего колеса:

где     N – номинальная мощность, кВт;

H_р – расчетный напор, м;

Q^’₁ – приведенный расход, м³/с;

η – кпд турбины;

η = 0,87;

Полученное значение округляем до ближайшего стандартного, принимаем D₁ = 1,8 м.

3.3.  Определяем максимальный кпд натурной установки:

где     η_{м о} – кпд модели в оптимальной точке;

D_1м – диаметр рабочего колеса модели, м;

η_{м о} = 0,90;

D_1м = 0,46 м;

3.4.  Поправка кпд за счет масштабного коэффициента находится как разность кпд натурных и модельных турбин:

и отношение кпд натурных и модельных турбин:

3.5.  Определяем синхронную частоту вращения гидроагрегата:

где оптимальные приведенные обороты  

Округляем до ближайшего большего синхронного значения частоты вращения, n_c = 300 об/мин.

Уточняем расчетную приведенную частоту:

3.6.  Определение рабочей зоны турбины на главной универсальной характеристике (ГУХ):

4.  Построение рабочих характеристик гидротурбины

Для необходимо рассчитать  при синхронной частоте n_c. Таблица заполняется для каждого напора, которому соответствует определенное значение привеленной частоты вращения

Определение основных характеристик натурной гидротурбины для

·  На ГУХ выбранной турбины проводим линии , , , которые пересекают линии η = const, a_o = const, 𝜎 = const. Координаты точек пересечений заносим в таблицу.

·  В столбцы 2 и 3 записываем значения η и Q'₁, м³/с

·  В столбцы 4, 5, 6 записываем координаты пересечения линии  c линиями 𝜎 = const. Значения кпд в точках определяем с помощью интерполяции.

·  В столбцы 7, 8, 9 записываем координаты точек пересечения линии  с линиями a_o = const.

·  Аналогично как в предыдущем пункте определяем значения для φ_о = const.

·  В столбцах 13,14,15 рассчитываем кпд η, расход Q и мощность N для натурной турбины по формулам:

·  В столбцы 16 и 17 вносим значения допустимой высоты отсасывания и соответствующие им значения мощности натурной турбины, вычисляемые по формулам:

;

где      дополнительное заглубление рабочего колеса;

где 𝜎 = 𝜎 +𝜎,  𝜎 = 0,15 - поправка;

- отметка нижнего уровня колеса.

·  В столбец 18 записываем значения открытия направляющего аппарата натурной турбины, вычисленной по формуле:

где     диаметр окружности расположения осей лопаток направляющего аппарата и число лопаток у модели;

 диаметр окружности расположения осей лопаток направляющего аппарата и число лопаток у натурной турбины:

·  В столбец 19 заносим значения мощности N, вычисленной по формуле . Значения  и  берем из столбцов 8 и 9.

·  Аналогично в столбец 20 заносим значения мощности N, определенным по значениям .

Таблица №1.  Минимальный напор

№	Модель											Натура,
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
		, м3/с	σ		, м3/с			, м3/с			, м3/с	η	Q, м3/с	N, кВт	, м	N(σ), кВт		N, кВт	N, кВт
1	0,75	1,218	1,2	0,854	2,436	-10	0,758	1,291	-10	0,748	1,2	0,774	11	559	0,35	1274	-16	599	550
2	0,78	1,382	1,5	0,84	2,764	-5	0,84	1,8	0	0,846	1,882	0,804	12	660	-1,75	1421	-8	926	975
3	0,8	1,509	1,6	0,831	2,864	0	0,852	2,009	5	0,857	2,291	0,824	13	739	-2,45	1457	0	1048	1202
4	0,82	1,636				5	0,848	2,6	10	0,844	2,673	0,844	14	821			8	1350	1381
5	0,84	1,8				10	0,81	3,118	15	0,8	3,236	0,864	16	926			16	1546	1585
6	0,84	2,745										0,864	24	1412			0	0	0
7	0,82	3,018										0,844	26	1515
8	0,8	3,227										0,824	28	1581