6. Определение критической высоты отсасывания

С достаточной точностью величину Н_sкр можно найти по формуле:

где величину следует принимать в пределах 1,05÷1,2, - отметка расположения нижнего бьефа станции над уровнем моря; - линия постоянных значений кавитационного коэффициента турбины на универсальной характеристике.

Расчет сведем в таблицу:

Таблица 3.1. Расчет критической высоты отсасывания

Кσ	Н, м			Нs, м	Zр.к.
1,05	Нмах	69,78	0,118	1,31	41,53
	Нраб	68,45	0,118	1,47	41,69
	Нmin	63,42	0,117	2,16	42,38
2,00	Нмах	69,78	0,118	-6,51	33,71
	Нраб	68,45	0,118	-6,20	34,02
	Нmin	63,42	0,117	-4,88	35,34

Пример расчета для Н= Н_раб и К_σ=1,05:

По универсальной характеристике определяем коэффициент =0,118 :

Определяем критическую высоту отсасывания АО формуле:

Вычисляем отметку рабочего колеса гидротурбины:

Расчетное значение H_Sкр не должно превосходить заданной экономически целесообразной предельной величины высоты отсасывания H_Sпред, которая ориентировочно принимается, при обычном расположении здания ГЭС, равной: H_Sпред= - (8-10) м. Во всех случаях значение H_S укладывается в этот диапазон. Выбираем H_S=-6,51 м; Z_р.к.=33,71 м; при K_σ=2,00 – в этом случае затраты на сооружение ГЭС будут максимальными, однако, в турбине не будет возникать кавитации, не будет вибраций, таким образом, обеспечивается надежная спокойная работа гидроагрегата в течении длительного времени.

4. Выбор генератора и определение его геометрических параметров

Выбор генератора и определение его геометрических параметров производится в следующей последовательности:

Задавшись коэффициентом мощности генератора, определяем его требуемую полную мощность:

где – номинальная мощность генератора, Р – активная мощность гидротурбины, - предварительное значение коэффициента мощности. Таким образом, имеем:

Для гидрогенератора мощностью (50-150) МВА рекомендуется выбирать линейное напряжение обмотки статора равное 13,8 кВ.

Зная значение полной мощности гидрогенератора S и его синхронную частоту вращения n_s=230,8 об/мин, по пособию [3] необходимо выбрать гидрогенератор, но т.к. из предложенного перечня ни один гидрогенератор не подошел, то необходимо подобрать и рассчитать генератор самим.

Определение основных размеров и параметров гидрогенератора

Определение расчетной мощности:

k – коэффициент, зависящий от cosφ. При cosφ=0,8→k=1,08.

;

Определение числа полюсов:

где - синхронная частота вращения рабочего колеса, - частота в энергосистеме .

Определение удельной нагрузки:

Определение полюсного деления и диаметра ротора:

где D_i - диаметр ротора; D_i=D, D – диаметр статора; А и α – эмпирические коэффициенты, по ([7], стр. 133, табл. 12.3), выбираем А=0,529 α=0,246.

Принимаем стандартное значение D_i=550 см.

Проверка на превышение предельной окружной скорости V_пр=160 м/с:

где k_разг - коэффициент разгона, по ([7], стр. 26, табл. 1.7) k_разг=1,9.

Диаметр ротора D_i не должен быть меньше диаметра шахты D_ш, по ([1], стр. 59, табл. 4.1) D_ш=3,85м, следовательно D_i>D_ш.

Определение условного объема машины W_S :

где C_A - коэффициент машины; R и y – коэффициенты, по ([7], стр. 133, табл. 12.3) R=18,8; y=0,18.

Определение длины сердечника статора из (4.8):

Принимаем стандартное значение высоты активной стали l_t=130см.

Получим генератор СВ 5500/130–26.

Уточним конструктивное исполнение генератора: D_i/l_t=5,5/1,3=4,23. При D_i/l_t=(4-5) и n₀>150 об/мин, принимаем подвесное исполнение.

Таблица 4.1. Размеры генератора

Элемент генератора	Параметр	Значение, м
Статор	Диаметр расточки статора, Di	5,50
	Высота активной стали, lt	1,30
	Высота корпуса, hст	1,8·lt=2,34
	Диаметр корпуса, Dст	7,21
	Диаметр активной стали, Da	Di+0,7=6,20м
Верхняя крестовина	Высота, hв.к.	0,23·Di=1,27
	Диаметр лучей, Dв.к.	Dст=7,21
Подпятник	Высота, hп	0,23·Di=1,27
	Диаметр кожуха, Dп	0,45·Di=2,48
Нижняя крестовина	Высота, hн.к.	0,11·Dш=0,42
	Диаметр лучей, Dн.к.	Dш+0,4=4,25
Надстройка	Высота, h0	0,4
	Диаметр, d0	0,23·Di=1,27
Кратер	Диаметр, Dкр	1,7·Di=9,35
	Минимальная ширина прохода, b	0,45

5. Выбор вала гидроагрегата

Наружный диаметр вала выбирается по кривой

6. Эксплуатационная характеристика гидротурбины

   1. Построение линий равных значений коэффициента полезного действия гидротурбины

2. Построение линий равных высот отсасывания

3. Построение линии ограничения мощности турбины

7. Спиральная камера гидротурбины

При высоких напорах (H>40 м), когда железобетонные конструкции не в состоянии воспринять усилие от воздействия давления воды н стенки, спиральные камеры выполняются металлическими. В таких случаях становятся целесообразными круглые поперечные сечения.

Выбираем угол охвата ([1], стр. 45, табл. 3.1): ϕ₀=345˚.

Высота направляющего аппарата, b₀:

м.

Ширина спиральной камеры в плане, B:

м.

Задаем размеры входной (D_a) и выходной (D_b) кромок статора:

м,

м.

Определяем расход через турбину по формуле:

где η – значение КПД, полученное по рабочей характеристике турбины η=f(H), при H=H_p.

м³/с.

Находим расход через входное сечение (при ϕ₀=345˚):

,

м³/с.

Определяем значение средней скорости V_вх во входном сечении спирального канала и вычисляем площадь F_вх входного сечения:

м/с,

м².

Находим радиус ρ_вх входного сечения спиральной камеры:

м.

Вычисляем интеграл I_вх, при ρ_i=ρ_вх. По данным входного сечения определяем постоянную величину А.

где r_b – радиус выходной кромки статора.

,

.

Расчеты значений ρ_i и R_i сводим в таблицу и строим зависимость ϕ_i=f(R_i).

Вычисляем значения постоянной K и угла спирали δ:

,

.