ПОДБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ГЭС ПО ГЛАВНЫМ УНИВЕРСАЛЬНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ
Параметры основного оборудования ГЭС, полученные по номенклатурным данным, можно дополнить и уточнить с помощью главных универсальных характеристик гидротурбин. Для этого прежде всего определяются все возможные типы и серии гидротурбин, которые могут работать в заданном диапазоне изменения напора.
Для однотипных гидротурбин необходимо сопоставить между собой их главные универсальные характеристики и для дальнейшего рассмотрения оставить варианты, которые соответствуют наибольшему КПД в оптимуме характеристики, наилучшим кавитационным качествам и наибольшей пропускной способности.
Подбор оборудования с использованием главных универсальных характеристик состоит в том, чтобы для каждого рассматриваемого типа гидротурбин наметить такие варианты диаметра рабочего колеса D1 и синхронной частоты вращения п, при которых в области допустимых режимов по напору и расходу воды проектируемая ГЭС работала бы с наибольшим КПД при минимальном заглублении и количестве установленных агрегатов. Оптимальный вариант основного оборудования ГЭС будет соответствовать минимуму суммарных приведенных затрат по энергосистеме.
Область допустимых режимов работы проектируемой ГЭС обычно называется режимным полем по расходу и напору (рис. 24.4). Верхней границей режимного поля является напорная характеристика при работе ГЭС с наполненным водохранилищем до отметки НПУ, нижней границей— напорная характеристика при работе ГЭС с водохранилищем, сработанным до отметки УМО. Построение этих характеристик выполняется по следующему уравнению:
где ZВБ(Uсраб)—отметка уровня воды в верхнем водохранилище, которая изменяется в зависимости от объема сработки Uсраб от НПУ до УМО; ZНВБ (Qн.б) —отметка уровня воды в нижнем бьефе в зависимости от расхода QH.6; ΔHв.с— потери напора в водопроводящих сооружениях.
Потери напора ΔHв.с до выбора гидротурбинного оборудования могут быть учтены только приближенно в виде предварительно принятого среднего значения, поскольку состав, компоновка и параметры водопроводящих сооружений зависят от параметров основного оборудования ГЭС. Потери напора уточняются итерационным путем после расчета параметров по гидроэнергетическому оборудованию.
Ограничением слева на режимном поле (рис. 24.4, линия 1—2) является минимальный расход воды QГЭС, определяемый заданным ограничением по условиям функционирования водохозяйственного комплекса или особенностями режимов работы ГЭС в графиках нагрузки.
Ограничением справа на режимном поле является линия расчетной установленной мощности (3—4), уравнение которой имеет следующий вид:
где kN — коэффициент мощности, изменяющийся в пределах от 8,0 до 8,8 в зависимости от принятого значения среднего КПД ГЭС.
Ниже точки расчетного напора режимное поле ограничено линией пропускной способности ГЭС (4—5), которая до выбора турбинного оборудования может быть построена по следующей зависимости:
где QГЭСмакс — максимальная пропускная способность ГЭС, соответствующая работе ГЭС при расчетном по мощности напоре HPN. Полученную область допустимых режимов работы проектируемой ГЭС по напору и расходу необходимо нанести на главные универсальные характеристики для всех намеченных к рассмотрению типов гидротурбин. Для этого предварительно необходимо в качестве первого приближения принять максимальный диаметр рабочего колеса для каждого типа гидротурбин, исходя из условий их изготовления и доставки на ГЭС, а на главных универсальных характеристиках задаться ограничением пропускной способности гидротурбин.
Для радиально-осевых и пропеллерных гидротурбин ограничением является линия 5%-ного запаса мощности, которая однозначно определена на главной универсальной характеристике заводом-изготовителем.
Для поворотно-лопастных и диагональных турбин такое ограничение на характеристике отсутствует. В этом случае в качестве ограничения пропускной способности принимается некоторое сочетание открытия направляющего аппарата а0 и угла разворота лопастей рабочего колеса φ, которое рекомендуется выбирать из условия обеспечения максимальной пропускной способности и допустимых условий кавитации гидротурбины. Этим условиям соответствуют известные для каждого типа гидротурбин приведенный расчетный максимальный расход Q'I и допустимый коэффициент кавитации σ (см. табл. 24.1 и 24.2).
На линии ограничения пропускной способности турбины необходимо наметить расчетную точку и определить в ней мощность агрегата для предварительно принятого максимального диаметра рабочего колеса. Расчетная точка должна соответствовать принятой в первом приближении максимальной пропускной способности турбины, и находиться на линии приведенной частоты вращения, проходящей через оптимальное значение КПД на главной универсальной характеристике.
Мощность агрегата в расчетной точке определяется по формуле
(12.4)
где Q`I р - приведенный расход воды в расчетной точке; hгср – средний КПД генератора, принимаемый равным 0,96-0,97; hТ – КПД натурной гидротурбины, вычисляемый в расчетной точке по формуле
( 12.5)
где hм , D1М , Нм — КПД, диаметр и напор модельной турбины; di, НрN — диаметр и расчетный напор натурной турбины; nm, nh — коэффициенты кинематической вязкости воды для модельной и натурной гидротурбины, зависящие от температуры воды для натурных и модельных условий tн и tм; e - коэффициент, выражающий отношение потерь трения ко всем гидравлическим потерям и принимаемый равным 0,75 для ПЛ- и ПЛД-турбин, а для РО-турбин исходя из следующих условий
(12.6)
где Q'10 — приведенный расход воды в оптимуме главной универсальной характеристики.
Разность между hТ и hМ является поправкой КПД при переходе от модели к натурной гидротурбине и определяется по формуле
(12.7)
Число устанавливаемых на ГЭС агрегатов рассчитывается по формуле
(12.8)
Очевидно, в общем случае число агрегатов zа получится дробное, что потребует округления его в большую сторону до целого числа и, следовательно, затем уточнения мощности агрегата Na, по формуле (12.8) после округления числа агрегатов до целого числа. Число агрегатов рекомендуется принимать кратное 2 или 3 для того, чтобы главная схема электрических соединений была симметричной.
Далее необходимо рассчитать частоту вращения турбины по формуле
(12.9)
где n'1p - приведенная частота вращения в расчетной точке главной универсальной характеристики; Dр - поправка на приведенную частоту вращения при переходе от модели к натуре, равная отношению КПД натурной турбины к КПД модели в расчетной точке. По полученной синхронной частоте вращения необходимо принять ближайшее большее стандартное значение синхронной частоты вращения по известному стандартному ряду [1].
Для выбранного максимального диаметра турбины D1 и стандартного значения синхронной частоты вращения необходимо нанести на главную универсальную характеристику линии приведённой частоты вращения, соответствующие известным напорам турбины Нmax, Нр и Нmin, предварительно вычислив три значения приведенной частоты вращения для указанных напоров по формуле
(12.10)
где nс – стандартное значение синхронной частоты вращения.
Указанные линии должны размещаться на главной универсальной характеристике таким образом, чтобы в диапазоне напоров от Hmax до HpN гидротурбина работала с наибольшим КПД, а следовательно с наибольшей мощностью и выработкой энергии по сравнению с диапазоном HpN- Hmin. Если это условие не выполняется, необходимо принять другое стандартное значение синхронной частоты вращения, повторить расчеты по формуле (12.10) и в результате получить удовлетворительное совмещение диапазона напоров с главной универсальной характеристикой. В результате нанесения указанных линий n`I на главную универсальную характеристику изменится положение расчетной точки. Она переместиться с линии n`I, проходящей через оптимум КПД главной универсальной характеристики, на линию n`IНр, вычисленную по формуле (12.10 ) для HpN.
Окончательное положение расчетной точки на линии n`IНр с учетом ранее округленного числа агрегатов и уточненной мощности агрегата Na осуществляется на основании решения следующего уравнения
(12.11)
Правая часть уравнения (12.11) является константой при всех известных его параметрах, а левая часть определяется подбором такой точки на линии n`IНр, чтобы произведение параметров Q`I и hт в этой точке обеспечивало выполнение указанного равенства.
Для полученной расчетной точки необходимо построить линию ограничения по установленной мощности агрегата. Для этого на линии n`IНmax, соответствующей напору Нmax, необходимо аналогичным образом, подставив в уравнение (12.11) вместо Нр напор Нmax,найти точку и соединить её с расчетной точкой.
Полученное сочетание параметров D1, Za и nс является приемлемым, если расчетная точка на главной универсальной характеристике находится в рекомендуемом по справочным данным [1] диапазоне изменения по Q`Imax и s для данной турбины, и линия ограничения по установленной мощности агрегата лежит правее оптимума, что соответствует более полному использованию турбины.
В противном случае необходимо перейти к другому стандартному значению диаметра гидротурбины D1 и выполнить расчеты по изложенному выше алгоритму.
На рис. 24.5 и 24.6 приведены главные универсальные характеристики поворотно-лопастной и радиально-осевой гидротурбин, совмещенные с режимным полем, пересчитанным в координаты п'\ и Q'i. Полученное совмещение характеризуется расположением оптимальной зоны КПД в пределах ограничений режимного поля и является вполне удовлетворительным.
Дата добавления: 2021-07-22; просмотров: 339;