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

1. 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.

2. Построение схемы напоров

Диапазон характерных напоров (H_max, H_Р, H_min), в пределах которого будет эксплуатироваться ГЭС, можно определить следующим образом:

Максимальный напор:

Минимальный напор:

Расчетный напор:

3. Выбор основных параметров гидротурбины

   1. Выбор системы гидротурбины и типа рабочего колеса

По максимальному напору , выбираем поворотно лопастную турбину с типом рабочего колеса ПЛ 40.

2. 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:

3. 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:

4. Построение зоны работы турбины на универсальной характеристике

5. Определение разгонной частоты вращения

6. Определение критической высоты отсасывания

7. 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

4. 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.

5. Эксплуатационная характеристика гидротурбины

   1. Построение линий равных значений коэффициента полезного действия турбины

H			k
=29,94	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
=33,95	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