Выбор реактивной гидротурбины для ГЭС с номинальной мощностью 33 МВт

Задание

Для ГЭС с номинальной мощностью N_ном = 33 МВт расчетным                      = 34 м, максимальном =39,5 м и минимальном = 29 м напорах выбрать реактивную гидротурбину (определить систему, тип, диаметр рабочего колеса D, частоту вращения n и величину допустимого заглубления ) при номинальной мощности и высотой отсасывания при расчетном напоре                      Ñ = 180 м.

Для выбранной турбины построить рабочие характеристики.

Данные:

Номинальная мощность N_ном – 33 МВт.

Рабочий напор H_р - 34 м.

Максимальный напор Н_max  - 39,5 м.

Минимальный напор Н_min  - 29 м.

Высота отсасывания H_s – (+3,0м).

Расчетный напор  Ñ = 180 м.

1.  Выбор гидротурбины.

Выбор гидротурбины выполняется по напору и уточняется по высоте отсасывания. Зная Н_max  - 39,5 м и Н_min  - 29 м выбираем гидротурбину ПЛ – 50/646.

2.  Номинальный диаметр рабочего колеса.

Номинальный диаметр рабочего колеса D₁, выбранной турбин определяется по формуле, м:

где N – номинальная мощность, кВт;

     H_p – расчетный напор, м;

     Q’₁  –  приведенный расход, следует брать равным Q’_1B из приложения 2,

м³ /с;

 η – к.п.д. турбины. Предварительно  рекомендуется  принимать  для  РО-

турбин = 0,88…0,90, для ПЛ-турбин= 0,86…0,88.

Полученное значение D1 округляем до ближайшего стандартного размера: 

180, 200, 225, 250, 280, 320, 360, 400, 450 и т.д. через 50 см (табл. 3.1).

Номинальный ряд диаметров D1, м
1,8	2,0	2,25	2,5	2,8	3,2	3,6	4,0	4,5	5,0	5,5	6,0	6,5	7,0	7,5	8,0	8,5	9,0

D1=3,6м

3.  Максимальный к.п.д. натурной турбины.

Максимальный кпд турбины определяется по формуле:

Где  – к.п.д. модели в оптимальной точке (на 0,5% больше, чем значение изолинии, ближайшей к центру характеристики);

D_M1 – диаметр рабочего колеса модели, м.

4.  Поправка к.п.д. за счет масштабного эффекта.

Находится как разность к.п.д. натурных и модельных турбин:

и как отношение к.п.д. натурных и модельных турбин

5.  Определение частоты вращения турбины.

Число оборотов в минуту, соответствующее нормальной скорости вращения, об/мин:

Значение  берут из Приложения 2.

Полученное значение округляется до ближайшего (большего или меньшего) синхронного значения частоты вращения  n_c  (табл. 3.2).

n_c=200

Число полюсов ротора – 30; Синхронная скорость вращения об/мин. – 83,3.

Для  найденного  значения  n_c уточняется  расчетная  приведенная  частота 

вращения:

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

Где  - значения напора, определяемое как

 

при

Значение частоты вращения для расчетного напора  берется из

 пункта 3,5.

Эти четыре изолинии n’₁ = const наносятся на ГУХ.

На линии  находится точка, где выполняется равенство:

      Где – кпд натурной турбины в расчетной точке.

      Правая  часть  равенства  рассчитывается, а для левой на линии                                                           находится точка, в которой  будет равно значению в правой части – «расчетная точка». Она должна располагаться вблизи линии 0,95N_max (для РО - турбин) или в пределах , указанных в Приложении 2. Если «расчетная точка» не выходит за пределы рекомендуемых значений   , и рабочая зона турбин при этом  охватывает центральную  часть ГУХ с  наилучшими  кпд, то  выбор можно считать правильным. В противном случае следует изменить D1 и n_c .

      Для  найденной  «расчетной  точки»  выписываются  из  универсальной  характеристики  , η_м  и коэффициент кавитации σ.

7.  Построение рабочих характеристик гидротурбины.

Для H_р,  H_max, H_min необходимо рассчитать η (N), Q (N),  (N) при синхронной частоте n_c .

      Расчет  рабочих характеристик  на  основе ГУХ представляются  в табличной  форме.  Для  турбин  типа  ПЛ  и  Д  данные  записываются  в  таблицу  3.1 Приложения 3, для турбин типа РО – таблицу 3.2 Приложения 3. Таблица заполняется для каждого напора, которому соответствует определенное значение приведенной частоты вращения  n’₁, рассчитанной в п. 6.

7.1.  На ГУХ выбранной турбины проводится линия n’₁ = const , которая в определенных точках будет пересекать линии η = const , a₀ = const , φ = const , σ = const . Координаты точек пересечения этих линий заносятся в таблицы.

7.2.  По данным таблиц  строятся рабочие характеристики турбины для трёх напоров ; ;  .

Аналогично стоятся вспомогательные зависимости открытия направляющего аппарата,  и установки лопастей рабочего колеса ПЛ-турбины .

8.  Построение эксплуатационнойхарактеристики

8.1.  Построить эксплуатационную напорно - мощностную  характеристику выбранной турбины. Используя для этого рабочие характеристики  и , а также вспомогательные зависимости открытий направляющего  аппарата  и углов установки лопастей рабочего колеса .

8.2.  На эксплуатационной характеристике провести линии ограничения мощности. На участке от  до  линии ограничения – вертикальная прямая и соответствует оптимальной мощности турбины. На участке от  до  линией ограничения является наклонная и соответствует постоянству  одного из параметров:

 – ограничение по ;

– ограничение по ;

– ограничение по.

Список литературы:

1.  Андреев А.Е. и др. Гидроэлектростанции малой мощности: учеб. пособие / под ред. В.В. Елистратова. -СПб.:  Изд-во политехн. Ун-та,2005.

2.  Л.Я. Бронштейн и др. Справочник конструктора/ под ред. Н.Н. Ковалёва. –Л.: Машиностроение, 1971.

3.  Выбор системы и основных параметров реактивных турбин/ В.В. Дегтярёв, Н.И. Горлов: метод. Указ. К практическим занятиям. – Новосибирск: НГАСУ, 2000.