Определение основных параметров гидротурбины

1 23

1. Пользуясь универсальной характеристикой модели рабочего колеса, принятого на заданный напор, вычисляют его диаметр из выражения для мощности турбины:

, (м)

где Q^′_I — приведенный расход в м³/с и η_М — КПД модельной турбины, принимаются в расчетной точке универсальной характеристики; Н_Р — расчетный напор, (м); N - мощность турбины (кВт).

Следует отметить, что:

· для радиально-осевой гидротурбины величину приведенного расхода обычно выбирают на линии ограничения мощности универсальной характеристики. Расчетная точка находится на горизонтальной линии, проходящей на 3 ÷ 5 об/мин выше оптимума универсальной характеристики.

· Для поворотно-лопастной гидротурбины значение приведенных оборотов принимают больше оптимальной величины на 10 — 15 об/мин, поскольку приведенные величины натурной гидротурбины больше, чем модельной, так как относительные потери энергии на изогональных режимах работы у натурной турбины меньше. Величину приведенного расхода по универсальной характеристике выбирают в диапазоне Q'_I _MAX ÷ Q'_I _MIN (табл. 5.1) исходя из условия получения приемлемой высоты отсасывания.

По принятому значению приведенного расхода вычисляют диаметр турбины и округляют его для ПЛ турбин до ближайшего большего нормализованного по таблице 5.2.

Если полученная величина достаточно близка к меньшему нормализованному диаметру, то для РО турбин, можно принять это значение. В этом случае расчетная мощность гидротурбины будет обеспечена при несколько большем значении приведенного расхода. Для радиально-осевой турбины это приведет к некоторому уменьшению запаса мощности; для поворотно-лопастной гидротурбины небольшое увеличение приведенного расхода вполне допустимо, если принимаемый расход не превышает значения Q'_I _MAX, л/с (см. табл. 5.1). Надо также иметь в виду, что пропускная способность натурной гидротурбины больше по сравнению с геометрически подобной моделью, что обеспечивает увеличение запаса мощности.

2. КПД натурной гидротурбины η_Т вычисляют при помощи следующих формул пересчета (см. Л № 7, п. 7.5):

при напорах Н < 150 м:

или

при напорах Н > 150 м

В нашем случае для расчетов будем использовать формулу пересчета второй группы и в общем виде может быть представлена как:

где ε = 0,25; γ = 5 и

Ниже приводится порядок пересчета КПД жестколопастных и поворотно-лопастных гидротурбин.

Радиально-осевые и пропеллерные осевые гидротурбины.

Зная максимальный КПД модели η_{М МАХ}, определяют максимальный КПД натурной турбины η_{Т МАХ}. Обычно разность

Δ η = η_Т_МАХ - η_М_МАХ

принимают одинаковой для всех режимов, в том числе и для расчетного режима. Тогда КПД натурной турбины η_Т = η_М+ Δ η

Вычисленное значение η_Т подставляют в формулу

и уточняют величину приведенного расхода, при котором турбина развивает расчетную мощность.

Поворотно-лопастные гидротурбины.

На линии угла ф = const, проходящей через расчетную точку, находят максимальное значение КПД модели η_{М МАХ}, по которому определяют КПД турбины η_{Т МАХ} для принятого диаметра и вычисляют поправку на КПД

Δ η = η_Т_МАХ - η_М_МАХ

Найденную поправку Δ η принимают постоянной только для данного угла установки лопастей и вычисляют КПД натурной турбины в расчетной точке η_Т = η_М+ Δ η.

Для определении КПД турбины на различных режимах работы аналогично находят значения η_М_МАХ и поправки Δ η для каждого угла установки лопастей рабочего колеса.

Таблица 5.3. Определение поправки КПД на различных углах установки лопастей рабочего колеса поворотно-лопастной гидротурбины

3. Приняв величину приведенных оборотов в расчетной точке универсальной характеристики, вычисляют частоту вращения турбины

Если величина средневзвешенного напора Н_{СР. ВЗ}_В не задана, то подставляют расчетный напор Н_Р. Приведенное число оборотов натурной турбины в расчетной точке равно:

n^′_I _T = n^′_I _M + Δ n^′_I

Поправку Δ n^′_I определяют для оптимального режима и принимают постоянной для всех точек универсальной характеристики:

Если поправка Δ n^′_I меньше 3% от величины n^′_I _ОПТ, ею пренебрегают. Найденное значение n об/мин, округляют до ближайшего большего синхронного (табл. 5.4). Синхронная частота вращения гидроагрегата, обеспечивающая требуемую частоту тока f = p∙n / 60 = 50 герц при соответствующем числе пар полюсов р генератора, равна n = 3000/p, об/мин.

Таблица 5.4. Синхронная частота вращения гидроагрегатов (f = 50 гц).

Прим. В скобках указано число полюсов, нежелательное по технологии.

Для оценки правильности выбора величин диаметра и частоты вращения гидротурбины на поле универсальной характеристики модели наносят точки, определяемые значениями приведенных величин:

и

и Q^′_I соответствующих максимальной и минимальной мощностям турбины N при максимальном H_MAX и минимальном H_MIN напорах (рис. 5.2). Если центральная зона универсальной характеристики будет охвачена достаточно полно, то выбор диаметра и частоты вращения сделан правильно. В противном случае необходимо задаться другим диаметром или принять другую частоту вращения. Окончательное суждение о правильности выбора параметров гидротурбины можно сделать лишь после построения эксплуатационной характеристики и подсчета ее среднеэксплуатационного КПД. Вариант гидротурбинного оборудования, обеспечивающий максимальную величину среднеэксплуатационного КПД, считается оптимальным.

Рисунок 5.2. Выбор диаметра и частоты вращения гидротурбины на заданные условия

4. Для принятой расчетной точки на универсальной характеристике модели находят значение σ_М, при помощи которого вычисляют высоту отсасывания турбины на данном режиме

Поправка Δσ =σ_Т - σ_М учитывает рост кавитационного коэффициента турбины при увеличении ее диаметра, а также некоторое отличие проточной части натурной турбины от модели.

Наибольшее значение высоты отсасывания получают, как правило, при расчетном напоре, когда расход и скорости потока в проточной части наибольшие.

5.Разгонная частота вращения агрегата зависит от гидравлических характеристик рабочего колеса и максимального напора
турбины. Приведенные разгонные обороты модели n^′_I _Р определяют
при помощи специальных испытаний, по которым вычисляют разгонную частоту вращения натурной турбины:

6. Осевое усилие, воспринимаемое подпятником гидроагрегата, определяется по формуле

где К_ОС — коэффициент гидравлического осевого усилия; G_РК — вес рабочего колеса; G_ВА — вес вала агрегата; G_РГ. — вес ротора гидроагрегата; 1,1 —коэффициент, учитывающий вес прочих вращающихся частей турбины и генератора.

Значения разгонной скорости и коэффициентов осевого усилия номенклатурных рабочих колес определены экспериментально и приведены в табл. 5.1. В процессе проектирования значения n_Р и Р_ОС используют как для расчетов на прочность самой гидротурбины, так и для проектирования гидрогенератора и подпятника.

1 23

Дата добавления: 2016-06-29; просмотров: 2387;