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 kNкоэффициент 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 , D , НмКПД, 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: 330;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.01 сек.