
- •Выбор вала гидрогенератора
- •Эксплуатационная характеристика гидротурбины
- •Построение линий равных значений коэффициента полезного действия турбины
- •Построение линий равных высот отсасывания
- •Построение открытий направляющего аппарата и углов установки лопастей
- •Проектирование спиральной камеры гидротурбины
- •Механизмы для обслуживания водоприёмников. Определение параметров решётки
- •Определение размеров здания гэс в плане
- •Выбор трансформаторов
Паспорт объекта
Геология основания здания ГЭС: скала;
Расчётный расход воды в реке после возведения ГЭС:
Максимальный: 3500 м3/с;
Минимальный: 80 м3/с;
Основные параметры ГЭС:
Нормальный подпорный уровень (НПУ): 158 м;
Уровень мертвого объёма (УМО): 47 м;
Пропускная способность всех турбин ГЭС: 420 м3/с;
Количество агрегатов: 3;
Расход одного агрегата ГЭС: 80 м3/с;
Максимальный напор ГЭС: 34,96 м;
Минимальный напор ГЭС: 29,94 м;
Рабочий напор ГЭС: 33,29 м;
Тип турбины и тип рабочего колеса: ПЛ40;
Диаметр рабочего колеса: D1=!!! м;
Синхронная частота вращения турбины: n=!!! об/мин;
Исходные данные
Топография региона: №7;
Кривая связи расходов и уровней: №7;
Геология в основании здания ГЭС: скала;
Расчётный расход воды в реке после возведения ГЭС:
Максимальный: 3500 м3/с;
Минимальный: 80 м3/с;
Основные параметры ГЭС:
Нормальный подпорный уровень (НПУ): 158 м;
Уровень мертвого объёма (УМО): 47 м;
Пропускная способность всех турбин ГЭС: 420 м3/с;
Количество агрегатов: 4;
Связь с энергосистемой: 30 км.
Кривая связи расходов и уровней воды для плана №7 |
|
Абсолютная отметка уровня воды, h (м) |
Расход, Q (м3/с) |
123 |
70 |
124 |
320 |
125 |
800 |
126 |
1470 |
127 |
2330 |
128 |
3420 |
129 |
4820 |
Построение кривой связи расходов и уровней воды в нижнем бьефе
Уровень воды
(
) в отводящем канале ГЭС в значительной
степени зависит от расхода водотока и
определяется из графической зависимости
.
По данным таблицы 1.1 строится график
зависимости
,
при этом учитывается геология в основании
ГЭС (по заданию скала), результат на
рис.1.П1.
Построение схемы напоров
Диапазон характерных напоров (Hmax, HР, Hmin), в пределах которого будет эксплуатироваться ГЭС, можно определить следующим образом:
Максимальный напор:
Минимальный напор:
Расчетный напор:
Выбор основных параметров гидротурбины
Выбор системы гидротурбины и типа рабочего колеса
По максимальному
напору
,
выбираем поворотно лопастную турбину
с типом рабочего колеса ПЛ 40.
Определение диаметра рабочего колеса
Для определения диаметра рабочего колеса используют универсальную характеристику выбранной гидротурбины.
Диаметр рабочего колеса D1 гидротурбины определяется по формуле:
где
- номинальная мощность гидротурбины,
кВт;
- приведенный расход в расчетной точке,
м3/с;
– расчетный напор гидротурбины, м;
– полный КПД натурной гидротурбины,
соответствующий режиму её работы в
расчетной точке.
Положение
расчетной (рабочей) точки на универсальной
характеристике в первом приближении
для ПЛ гидротурбин определяются
следующими значениями приведенной
частоты вращения
и приведенного расхода в расчетной
точке
:
где
- приведенная частота вращения в оптимуме
универсальной характеристики,
- приведенный расход в оптимуме
универсальной характеристики.
КПД натурной турбины:
где
– КПД модельной турбины в рабочей точке
универсальной характеристики,
– поправка за счет масштабного эффекта.
В первом приближении можно принять
.
Для предварительных расчётов мощность гидротурбины принимаем равной:
Вычисляем
диаметр
рабочего колеса гидротурбины:
Подсчитанный
диаметр
рабочего колеса округляем до ближайшего
большего стандартного значения ([1], с.
19 табл 1.5):
Изменение диаметра рабочего колеса при округлении до ближайшего стандартного привело к некоторому смещению расчетной точки по приведенному расходу , что в дальнейшем необходимо учесть при определении координаты рабочей точки:
Определение нормальной частоты вращения турбины
Нормальную частоту вращения гидротурбины ориентировочно определяют по формуле:
где
- оптимальная приведенная частота
вращения рабочего колеса натурной
гидротурбины, определяющаяся с учетом
масштабного эффекта по формуле:
Построение зоны работы турбины на универсальной характеристике
Определение разгонной частоты вращения
Определение критической высоты отсасывания
Выбор генератора и определение его геометрических параметров
,
неверно.
Увеличиваем
до 4,95 м.
принимаем
.
верно.
При
и
(
),
окончательно принимаем подвесное
исполнение генератора.
Постоянная
механической инерции агрегата (
– время, необходимое для того, чтобы
ротор гидрогенератора из состояния
покоя под воздействием номинальной
мощности N, кВт, достиг
номинальной частоты вращения
,
об/мин):
Элемент генератора |
Параметр |
|
Значение, мм |
Статор |
Диаметр расточки статора |
|
4950 |
Высота корпуса
|
(1,7÷1,9) |
1,8 |
|
Диаметр корпуса
|
|
6500 |
|
Наружный диаметр активной стали
|
|
5500 |
|
Верхняя крестовина |
Высота
|
|
1000 |
Диаметр лучей
|
|
6500 |
|
Подпятник |
Высота
|
|
1000 |
Диаметр кожуха
|
|
2000 |
|
Нижняя крестовина |
Высота
|
|
500 |
Диаметр лучей
|
|
4750 |
|
Надстройка |
Высота
|
|
300 |
Диаметр
|
|
1000 |
|
Картер |
Диаметр
|
|
7500 |
Минимальная ширина прохода
|
|
500 |
Выбор вала гидрогенератора
Наружный диаметр вала выбирается по таблице VI.13 стр. 264 [4], в зависимости от крутящего момента, определяемого по формуле:
Выбираем
=600
мм,
=480
мм.
Проверяем выбранный вал на прочность с учетом осевых усилий. Приближённо значение осевого усилия определяют по формуле:
где
- гидравлическая составляющая осевого
усилия,
– вес рабочего колеса,
– вес вала гидротурбины,
– вес ротора генератора,
– вес вала генератора. Коэффициент 1,1
учитывает весовые нагрузки от прочих
вращающихся и опирающихся на подпятник
элементов гидроагрегата.
Гидравлическая составляющая осевого усилия:
где
=7,2
кН/м3 – коэффициент, определяемый
приближённо системой турбины и типом
рабочего колеса (табл. 1.8. с. 27 [1]).
Вес рабочего колеса:
где К=(3,9-7,1) кН/м3 для ПЛ турбин, принимаем К=6 кН/м3.
Вес вала гидротурбины:
Вес ротора генератора и вес вала генератора определяются его конструкцией.
Приближенно
вес вращающихся частей
составляет 0,45…0,55 от общего веса
гидрогенератора G
определяемого по формуле:
Вес вращающихся частей :
Проверка вала на кручение:
Проверка на прочность с учётом осевых усилий:
Условия прочности выполняются, окончательно принимаем =600 мм, =480 мм.
Эксплуатационная характеристика гидротурбины
Построение линий равных значений коэффициента полезного действия турбины
H |
|
|
k |
|
132,87 |
130,90 |
15946,59 |
30,74 |
131,13 |
129,16 |
16589,98 |
31,54 |
129,45 |
127,48 |
17241,80 |
32,34 |
127,84 |
125,87 |
17901,94 |
=33,29 |
126,01 |
124,04 |
18696,52 |
|
124,77 |
122,80 |
19255,28 |
|
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
89 |
617,9 |
91,9 |
9055 |
90 |
706,9 |
92,9 |
10472 |
90,5 |
768,3 |
93,4 |
11443 |
91 |
889,9 |
93,9 |
13325 |
91,12 |
1002,5 |
94,02 |
15030 |
91 |
1312,2 |
93,9 |
19649 |
90,5 |
1503,1 |
93,4 |
22387 |
90 |
1587,2 |
92,9 |
23513 |
89 |
1680 |
91,9 |
24620 |
88 |
1747,4 |
90,9 |
25329 |
|
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
89 |
601,3 |
91,9 |
9168 |
90 |
688,3 |
92,9 |
10608 |
90,5 |
746,1 |
93,4 |
11561 |
91 |
853,9 |
93,9 |
13302 |
91,17 |
1007,7 |
94,02 |
15718 |
91 |
1320 |
93,9 |
20563 |
90,5 |
1500,1 |
93,4 |
23244 |
90 |
1578,5 |
92,9 |
24328 |
89 |
1671,2 |
91,9 |
25479 |
88 |
1735,8 |
90,9 |
26176 |
|
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
89 |
586,5 |
91,9 |
9293 |
90 |
671,6 |
92,9 |
10757 |
90,5 |
727,1 |
93,4 |
11709 |
91 |
825,3 |
93,9 |
13362 |
91,22 |
1012,8 |
94,02 |
16418 |
91 |
1323,5 |
93,9 |
21428 |
90,5 |
1495,2 |
93,4 |
24078 |
90 |
1569,2 |
92,9 |
25135 |
89 |
1662,5 |
91,9 |
26343 |
88 |
1724,1 |
90,9 |
27021 |
|
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
89 |
573,5 |
91,9 |
9435 |
90 |
657,1 |
92,9 |
10928 |
90,5 |
711,6 |
93,4 |
11898 |
91 |
803,3 |
93,9 |
13503 |
91,28 |
1017,6 |
94,02 |
17128 |
91 |
1323,9 |
93,9 |
22255 |
90,5 |
1488,9 |
93,4 |
24895 |
90 |
1559,1 |
92,9 |
25929 |
89 |
1653,4 |
91,9 |
27202 |
|
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
89 |
560,3 |
91,9 |
9627 |
90 |
642,8 |
92,9 |
11165 |
90,5 |
697,5 |
93,4 |
12180 |
91 |
782,6 |
93,9 |
13739 |
91,28 |
1012 |
94,02 |
17789 |
91 |
1320,1 |
93,9 |
23176 |
90,5 |
1480 |
93,4 |
25845 |
90 |
1546,5 |
92,9 |
26861 |
89 |
1641,7 |
91,9 |
28208 |
|
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
89 |
552,3 |
91,9 |
9773 |
90 |
634,6 |
92,9 |
11352 |
90,5 |
689,9 |
93,4 |
12407 |
91 |
770,5 |
93,9 |
13931 |
91,25 |
1019,9 |
94,02 |
18464 |
91 |
1315,6 |
93,9 |
23787 |
90,5 |
1473,1 |
93,4 |
26493 |
90 |
1537,8 |
92,9 |
27508 |
89 |
1632,9 |
91,9 |
28895 |