Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Инженерно-строительный факультет

Кафедра возобновляющихся источников энергии и гидроэнергетики

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Проектирование и эксплуатация установок нетрадиционных и возобновляемых источников энергии»

Тема: «Проектирование здания ГЭС»

Выполнил: студентгр. 5013/2

КарышеваЮ.П.

Преподаватель:

доц., к.т.н.

Фролов В.В.

Санкт-Петербург

2011

Исходные данные

Топография района: №12;

Кривая связи расходов и уровней воды: №12;

Геология в основании здания ГЭС: скала;

Расчетный расход воды в реке после возведения ГЭС:

Максимальный – 2100 м³/с;

Минимальный – 80 м³/с;

Основные параметры ГЭС:

Нормальный подпорный уровень(НПУ) – 181м;

Уровень мертвого объема – 176м;

Пропускная способность всех турбин ГЭС –240 м³/с;

Количество агрегатов – 3;

Связь с энергосистемой – 80 км.

Кривая связи расходов и уровней воды для плана №12 (скальные породы): Таблица 1

Абсолютная отметка уровня воды, h (м)	Нескальные породы, Q (м3/с)
109	80
110	252
111	500
112	800
113	1150
114	1550
115	2000
116	2440

Для построения зимней кривой связи расходов и уровней воды при

Q≤300 м³/с вводить поправочный коэффициент К=0,75.

1. Построение кривой связи расходов и уровней воды в нижнем бьефе

Для построения кривой связи и уровня воды в нижнем бьефе воспользуемся таблицей 1. Переносим заданные точки с координатами z, Q, соединяем их плавной кривой, наносим Q_1агр, Q_ГЭС, Q_min, Q_max и получаем требуемый график зависимости z=f(Q).

Построения приведены на рис. 1.1, Приложение 1.

2. Построение схемы напоров

Для построения схемы напоров необходимо разметить шкалу, с одной стороны наносим линии, соответствующие заданным уровням мертвого объема и нормальному подпорному уровню, с другой стороны проводим линии, соответствующие отметкам воды в реке при расходе воды, равном максимальному, минимальному, расходу ГЭС и расходу через один агрегат.

1. Максимальный расход ГЭС определяется разностью отметок нормально подпорного уровня и уровня воды, соответствующего расходу воды через один агрегат:

(2.1)

2. Минимальный напор ГЭС определяется как разность между нормальным подпорным уровнем и уровнем воды, соответствующим максимальному расходу воды:

(2.2)

3. Рабочий напор определяется по эмпирической зависимости:

(2.3)

Зная величину рабочего напора, с помощью схемы напоров определяем отметку воды, соответствующую рабочему напору:

(2.4)

70,3=179,3м

Построения приведены на рис. 2.1, Приложение 2.

3. Выбор основных параметров гидротурбины

1. Выбор системы турбин и типа рабочего колеса

Выбор системы турбин и рабочего колеса зависит от исходных данных, принятых для конкретной ГЭС.

Исходными данными для выбора параметров турбины являются:

- максимальный напор Н_mах, м;

- минимальный напор Н_min, м;

- расчетный напор Н_р, м;

- номинальная мощность турбины одного агрегата N, кВт;

- отметка расположения НБ ГЭС над уровнем моря, м. При её значении меньше, чем 100м, в курсовых проектах её обычно не учитывают.

Выбор системы турбин и типа рабочего колеса производим по заданному максимальному напору по табл. 1.1 ([1], с. 19б, т.1.1). Для максимального напора Н_mах=72м выберем радиально-осевую гидротурбину с типом рабочего колеса РО75 и поворотно-лопастную гидротурбину с типом рабочего колеса ПЛ80 и сравним их.

2. Определение диаметра рабочего колеса

Для определения диаметра рабочего колеса воспользуемся универсальной характеристикой выбранной гидротурбины,которая представлена на рис. 3.

Диаметр рабочего колеса гидротурбины определяется по формуле:

где N – номинальная мощность гидротурбины, кВт; - приведенный расход в расчетной точке, м³/с; Н_р – расчетный напор гидротурбины, м; - КПД натурной турбины, соответствующий режиму её работы в расчетной точке.

Для предварительных расчетов мощности гидротурбины принимаем:

Из формулы видно, что для получения наименьшего диаметра рабочего колеса, а, следовательно, и наименьших габаритов турбины, следует выбирать значение возможно большим. Однако с увеличением приведенного расхода ухудшается энергетические и кавитационные качества турбины, поэтому величина ограничена рядом условий, определяющих её значение.

Для радиально-осевых гидротурбин, на универсальной характеристике которых линия 5% запаса мощности присутствует, тем самым ограничивает приведенный расход. На универсальной характеристике проводим горизонтальную линию, которая расположена выше n_опт на 2-3 оборота и из точки пересечения горизонтальной линии с линией запаса мощности опускаем перпендикуляр, тем самым находим :

; (3.3)

;

модели, который определяется по универсальной характеристике в расчетной точке;

Вычисляем диаметр рабочего колеса по формуле (3.1):

Полученное значение диаметра округляем до стандартного большего значения ([1], с.19 т.1.5): D_1(РО75)=3,00м.

Для поворотно-лопастныхгидротурбин, на универсальной характеристике которых линия 5% запаса мощности отсутствует, значение должно быть таким, при котором обеспечивается достаточно высокое значение КПД турбины и не происходит существенного развития кавитационного процесса. Как правило, это обеспечивается, когда в расчетной точке приведенный расход больше оптимального расхода (в точке максимального КПД) на 30-50%, т.е.

(3.4)

Находим расчетную точку на универсальной характеристике и определим:

.

Вычисляем диаметр рабочего колеса по формуле (3.1):

Полученное значение диаметра округляем до стандартного большего значения ([1], с.19 т.1.5): D_1(ПЛ80)=3,15м.