Подбор реактивных турбин

Содержание

1. Подбор реактивных турбин

2. Выбор числа агрегатов

3. Выбор типа гидротурбин

3.1. Определение диаметра  рабочего колеса D₁ и частоты

вращения турбины n

4. Выбор типа и определение размеров турбинных камер

5.Выбор типа и определение  размеров отсасывающих турбин

6. Подбор гидрогенератора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Гидроэнергетика в современных  условиях является важнейшим участником водохозяйственного использования  водных ресурсов и имеет основную долю затрат по созданию гидроузлов. Полный объём действующей ГЭС составляет 95% от общего полезного объёма всех действующих водохранилищ. ГЭС используют возобновляемую энергию водостока и является самой дешёвой и высокоэффективной электроэнергией. Основная функция ГЭС – производство электроэнергии, но обычно при проектировании учитываются интересы других отраслей народного хозяйства: интересы орошения, водного транспорта, водоснабжения, рыбного хозяйства. В России почти все гидроузлы имеют комплексное значение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Подбор реактивных гидротурбин

К основному гидросиловому оборудованию относятся гидротурбины и гидрогенераторы. Турбины спаренные с генератором носят название гидроагрегата. Для поддержания постоянного числа оборотов обычно каждый гидроагрегат снабжается автоматически регулятором скорости вращения агрегата. Для выбора основного гидрооборудования ГЭС необходимо знать:

1. Отметки нормативного подпёртого уровня воды

2. Вид регулирования стока,  глубина сработки h_ср, полезный объём водохранилища V, отметка уровня мёртвого объёма (УМО)

3. Минимальные и максимальные  отметки воды в нижнем бьефе

4. предварительная величина  установленной мощности ГЭС N_уст, минимальная мощность ГЭС N_мин

5. Расчётный напор H_р , средневзвешанный напор H_ср.вз , H_мин , H_макс

6. Примерная отметка высотного  расположения рабочего колеса

Зная эти значения определяют рабочую гарантированную и минимальную мощность ГЭС при расчёте напора и расхода:

 

 

 

,где   - КПД турбины

          -КПД генератора

для радиально осевых турбин и  для поворотнолопастных турбин. 

 

 

 

2. Выбор числа агрегатов

На ГЭС обычно устанавливают несколько однотипных агрегатов. Число агрегатов и уточнённое значение установленной мощности и расчётного напора ГЭС обосновывают расчётами с учётом работы ГЭС. Обычно рассматривают несколько вариантов с различным числом агрегатов. Определяют капитальные вложения, ежегодные издержки, выработку электроэнергии сравнивая варианты. Сравнивая варианты принимают выгодное число агрегатов по сроку окупаемости вложений.

Работа турбины в зоне высоких КПД обеспечивается в  том случае, когда изменение мощности турбины происходит в пределах от номинального значения N_тн до некоторой минимальной величины:

 

,где  - номинальная(наибольшая по генератору) мощность турбины

          – допустимая доля снижения принимаемая равной для поворотнолопастных и для радиально осевых  

 

Определяем мощность одного агрегата поворотнолопастных турбин:

 

 

Определяем мощность одного агрегата для радиальноосевых турбин:

 

Подсчитываем число агрегатов  поворотнолопастных турбин:

 

Подсчитываем число агрегатов  радиальноосевых турбин:

 

3. Выбор типа гидротурбин

Для принятого числа агрегатов  определяем расчётную(номинальную) мощность одной поворотнолопастной турбины:

 

Определяем расчётную(номинальную) мощность одной радиальноосевой турбины:

 

Расчётный расход поворотнолопастной турбины:

 

 

Расчётный расход радиальноосевой  турбины:

 

 

Анализируя данные, выбираем повортнолопастную турбину ПЛ60/5А с габаритами:

Значение  и значение назначают по главной универсальной характеристике выбранной турбины,  выбирают по линии проходящей через центр характеристики. В этом случае обеспечивается наибольший эксплуатационный КПД. - находят в точке пересечения линии проходящей через выбранное число оборотов с линиями:

1. 5% запаса мощности для радиальноосевых и пропеллерных турбин.
2. Предельных по условию кавитации линии предельного угла разворота лопастей

 

 

Диаметр рабочего колеса:

 

Принимаем

Частоту вращения n определяют по средневзвешенному напору H_ср.вз из формулы подобия:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Выбор и определение размеров  турбинных камер

Турбинные камеры являются одним  из определяющих размеров и стоимость  здания ГЭС поэтому их выбор, поэтому их выбор производится на основе экономического сравнения вариантов. Для средних и крупных гидротурбин применяются закрытые спиральные камеры – железобетонные и металлические. В железобетонной спиральной камере применяются до 70-80 метров с углом охвата направляющего аппарата ; при H<30м  ; при H=30-50м ; при H=50-80м . Наименьшая ширина турбинного блока достигается при

Размеры железобетонной спиральной камеры в долях от D₁:

Ri	0,67	1,067	1,2	1,34	1,403	1,48	1,54
βi	0	30	60	90	120	150	180
R	2,144	3,441	3,84	4,288	4,49	4,736	4,928

 

Порядок расчёта бетонной спиральной камеры:

1. Выбираем угол обхвата β и определяют расход входного сечения спиральной камеры:

 

2. Определяют  рекомендуемую среднюю окружность, скорость во входном сечении спирали:

 

 

3. Определить  площадь входного сечения

 

4. Подбираем формулу поперечного сечения  и назначаем размеры: -ширина входного сечения; b-высота,
5. Для бетонных спиральных камер с не симметричной отсасывающей турбиной целесообразно при β=180^о ширину турбинной камеры на входе. В равной ширине отсасывающей трубы B₅, т.е. B=B₅

 

 

где . При напоре от 40 и выше

 

 

 

5.Выбор типа  и определение размеров отсасывающих  турбин

Для реактивных гидротурбин рекомендуются изогнутые  отсасывающие трубы. Для турбин в  металлической спиральной камере – симметричные в плане. Для турбин в бетонной спиральной камере обычно не симметричные. В предварительных расчётах тип и размеры отсасывающих турбин подбирают по таблицам, которые указывают все размеры отсасывающих труб в долях от :

Элемент отсасывающей трубы	Размеры труб в долях от	Размеры в натуральную величину
	1	3,2
	1,17	3,744
	2,3	7,36
	1,17	3,744
	1,2	3,84
	0,584	1,8688
	2,38	7,616
	4,5	14,4
	1,5	4,8
	0,422	1,3504
	1,375	4,4
	0,0934	0,29888
	0,42	1,344
	1	3,2
	0,703	2,2496
	0,677	2,1664
	0,315	1,008

 

Определяем  потери энергии в выходном сечении  отсасывающей трубы:

 

 

Эти потери не должны превышать 0,5% – 2,5% от напора. Для  принятых турбин определяется допустимая высота отсасывания. Для ПЛ:

 

где H-средневзвешанный напор, м;

-ковитационный коэффициент. Берётся  по главной универсальной характеристике  турбины 

- коэффициент запаса. Принимаем  равным 1,1

-отметка плоскости турбины назначается  по отметке уровня нижнего  бьефа .

 

На гидростанциях  устанавливаются синхронные трёхфазные генераторы, которые спариваются  с гидротурбинами. В зависимости  от расположения подпятника различают  подвесные и зонтичные генераторы. У подвесных подпятник расположен над ротором и опирается на верхнюю крестовину. Применяются они при скорости вращения . У зонтичных генераторов подпятник расположен ниже ротора и опирается на нижнюю крестовину или крышку турбины. Применяются они при скорости вращения . Генераторы подбираются по каталогам, по номинальной мощности генератора и синхронной частотой вращения n. Номинальная мощность генератора определяется по формуле:

 

Выбираем  генератор СВ425/122 – 16 с характеристиками:

1. =25 МВт;
2. ;
3. ;
4. Маховый момент 570 т∙м;
5. Диаметр расточки статора
6. Общий вес 210 тонн;
7. Максимальный монтажный вес 90 тонн.

Если мощность выбранного по каталогу генератора отличаются от требуемой , то сохраняя его диаметр изменяем в прямой пропорции длину активной стали до ближайшей стандартной . при изменённой длине активной стали мощность генератора равна:

 

 

Стандартная длинна активной стали 33, 36, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 75, 82, 90, 100, 110, 122, 135, 150, 165, 182, 200, 220, 245, 270, 300.

 

Следовательно требуется изменять активную длину стали.

Выбираем 

 

 

 

 

Для генераторов промежуточных  мощностей не встречающихся в каталоге, основные размеры можно определить по приближённым формулам:

А) Внешний  диаметр статора:

 

Б) Внешний  диаметр активной стали статора:

 

В) Высота статора:

 

Г) Высота верхней  крестовины для зонтичных генераторов

 

Д) Диаметр  турбинной шахты

 

 

Е) Диаметр  шахты в месте опирания нижней крестовины:

 

Ж) Высота нижней крестовины для зонтичных генераторов:

 

З) Высота возбудителя:

 

И) Высота комбинатора: