4.2. Розрахунок гарантій регулювання агрегату

В результаті розрахунку потрібно визначити час закриття (відкриття) напрямного апарату турбіни Т_s при скиді (накидці) навантаження, при якому перемінна нерівномірність ходу  = n/n₀ і відносне підвищення ударного тиску  = Н_уд/Н₀ будуть знаходитися в допустимих межах: _норм = 0,6; _норм = 0,3 при максимальному статичному напорі Н₀ = 104,4  100 м.

В якості розрахункового випадку розглядаємо скид навантаження. При цьому, враховуючи велику потужність енергосистеми, в якій працює ГЕС, а також відносно велику одиничну потужність агрегату приймаємо миттєвий частинний (половинний) скид навантаження N = 100 МВт від мінімальної гарантованої потужності агрегату N_{а мін.гар.} до нуля. Такому зниженню потужності відповідає зміна витрати турбіни від Q_т.мін= 100000/9,8185,20,940,97 = 131 м³/с до нуля.

Розрахунок ведемо графоаналітичним методом. Приймаємо ряд значень Т_s= 2,4,8,16,32 с і для кожного з них обчислюємо потрібний маховий момент при _норм = 0,6 і відповідно величину ударного тиску для першофазного ₁ і граничного Z_м удару. За даними обчислень будуємо графіки = f₁(T_s); ₁ = f₂(T_s) і  _м = f₃(T_s), визначаємо T_{s макс} по графіку = f₁(T_s), T_{s мін} – по графіку ₁ = f₂(T_s) або по графіку x _м = f₃(T_s) і приймаємо розрахунковий час закриття направляючого апарату Т_sp (див.рис.4.2).

Потрібний маховий момент визначаємо за формулою

,

де f = 1 + 1,25 – коефіцієнт, який враховує вплив гідравлічного удару;  = L_i v_0i / g H₀ T_s – характеристика напірної системи, яка має ділянки з різними перерізами і початковими швидкостями в них v_0i.

Відносне збільшення ударного тиску по першофазному ударі визначаємо за залежністю

,

при граничному ударі – за залежністю

, де  = С v₀ /2gH₀ – характеристика напірної системи; С – середня швидкість розповсюдження ударної хвилі в напірній системі, при наявності ділянок з різними значеннями С (наприклад, в трубопроводі з різного матеріалу і перемінними діаметрами і товщинами оболонок) С = L_i / (L_i/С_і); v₀ = L_i v_0i / L_i – середня початкова швидкість води в напірній системі; ₁ = _н – 2L_i/CT_s – відносне відкриття направляючого в кінці першої фази удару; _н – початкове відкриття направляючого апарату, при повному скиданні навантаження _н відповідає повному відкриттю при номінальній потужності агрегату N_{a o}. В даному прикладі за початкове відкриття _н прийняте відкриття , яке відповідає мінімальній гарантованій потужності N_{a мін.гар.} = 100 МВт, що складає приблизно половину повного відкриття (рис.2.3).

Для обчислення вихідних параметрів напірну систему (від водоприймача до вихідного перерізу відсмоктувальної труби) розбиваємо на ділянки, в межах яких переріз і швидкість v_0i залишаються приблизно однаковими: 1 – підвідний тунельний водовід (L₁ = 600 м, ₁ = 33 м², v₀₁ = 4 м/с); 2 – турбінна камера (L₂ = 40 м, v₀₂ = 4,5 м/с); 3 – вертикальна частина відсмоктувальної труби (L_з = h_от = 12,5 м, ₃ = 35 м², v₀₃ = 3,75 м/с); 4 – горизонтальна частина відсмоктувальної труби (L₄ = L_от = 22,5 м, ₄ = 68 м², v₀₄ = 1,93 м/с).

Рис. 4.1. Залежність питомої вартості блока ГЕС від потужності агрегату Na і діаметра робочого колеса турбіни D1

Рис. 4.2. Діаграми до визначення часу Ts закриття випрямного апарату турбіни для умов гарантій регулювання при нормативній нерівномірності ходу агрегату βнорм=0.6

С = 100 м/с;  = 10003,93/29,81104,4 = 1,91; ² = 3,65; 2² = 7,3; 1/ = 7,3;  = 10003,93/ 9,81104,4 T_s = 2,58/ T_s; ₁ = 1 – 2675/1000T_s = 1–1,35/ T_s.

Послідовність і результати розрахунків представлені в табличній формі (табл..4.2). розрахунок показав, що в системі найбільш небезпечним буде граничний удар з максимальним підвищенням тиску в кінці закриття (_н = 1,911  1,5) – графік  _м = f₃(T_s) лежить вище графіка ₁ = f₂(T_s) – і можна було б обмежитися обчисленнями тільки  _м (рис.4.2). попередньо найбільш небезпечний вид удару можна визначити по добутку _н з перевіркою  _м і ₁ для одного значення T_s. При _н  1,5 – першофазний удар, при _н  1,5 – граничний.

За графіком = f₁(T_s) визначаємо T_{s макс} = 20 с при розрахунковому значенні махового моменту підібраного генератора = 45000 тм² (см. розділ по підбору генератора). Допустимому підвищенню тиску за умов регулювання високо напірних гідроенергетичних установок (Н₀  100 м) _норм=0,3 відповідає мінімальний час закриття T_{s мін}=10 с — визначаємо за графіком  _м = f₃(T_s). Враховуючи, що T_{s макс} = T_{s мін}, можемо прийняти T_{s мін}  T_sр  T_{s макс}. Остаточно приймаємо T_sр = T_{s мін} = 10 с—час закриття напрямного апарату наполовину. Повне закриття можливо здійснити в два етапи по 10 с з інтервалом на затухання ударної хвилі. Зменшення часу закриття направляючого апарату можливе за рахунок підвищення нормативної величини  _норм, проте це потребує збільшення міцності напірних водоводів — збільшення облицювання тунелів і металевої оболонки спіральної камери — і повинно бути обґрунтовано техніко-економічним розрахунком.

При T_s менше фази удару t_ф = 2ΣL_i/c = 2∙675/1000 = 1,35 с в системі виникає прямий удар з максимально можливим підвищенням тиску ΔН_макс = с Δv₀/g = 1000∙3,93/9,81 = 400 м ( _Макс = ΔН_макс/Н₀ = 400/104,4 = 3,83). Якщо прямий удар виникає при роботі агрегату з повною потужністю, ударний тиск збільшується до ΔН_макс = сv₀/g = 1000∙7,86/9,81 = 800 м.

При повному скиданні навантаження (графіки = f₁(T_s) і x^/ _м = f ^/₃(T_s) вказані пунктиром на рис. ІІ. 4.2.) T^/_{s макс} = 5 с і T^/_{s мін} = 19 с. Так як T^/_{s макс} < T^/_{s мін}, махових мас генератора недостатньо для забезпечення нормативної нерівномірності ходу при нормативному підвищенні тиску ΔН = 0,3 Н₀ і потрібна його заміна. Для T^/_sр = T^/_{s мін} = 19 с потрібний генератор з = 1000 тм². якщо підібраний генератор не замінювати на новий з більшими маховими масами, можливо прийняти T^//_sр = T^/_{s макс} = 5 с, але передбачити заходи на зниження гідравлічного удару — зменшити довжину підвідного водоводу або збільшити його діаметр; встановити зрівнювальний

Розрахунки гарантій регулювання агрегатів ГЕС

Таблиця 4.2

32	16	8	4	2	1	Ts с
0,081 (0,16)	0,162 (0,325)	0,325 (0,65)	0,65 (1,29)	1,29 (2,58)	2
0,1 (0,2)	0,2 (0,405)	0,405 (0,81)	1,81 (2,61)	2,61 (4,22)	3	1,25σ
1,1 (0,2)	1,2 (1,405)	1,405 (1,81)	1,81 (2,61)	2,61 (4,22)	4	f = 1 + 1,25σ
2140 (4700)	2350 (5500)	2740 (7100)	3550 (10200)	5100 (16400)	5
68500 (150000)	37500 (88000)	21900 (56800)	14200 (40800)	10200 (32800)	6
0,04 (0,08)	0,081 (0,162)	0,162 (0,325)	0,325 (0,65)	0,645 (1,29)	7	σ/2
0,06	0,025	0,105	0,42	1,66(6,6)	8	σ2
4,006	4,025	4,105	4,42	5,66(10,6)	9	σ2 + 4
2,0	2,0	2,02	2,1	2,37(3,26)	10
2,081	2,162	2,34	2,75	3,66(5,84)	11	σ +
0,083 (0,173)	0,173 (0,375)	0,375 (0,895)	0,895 (2,38)	2,38 (7,5)	12
0,0422	0,0845	0,169	0,338	0,675	7/
0,958	0,915	0,831	0,662	0,325	8/
0,92	0,84	0,69	0,44	0,105	9/
1,443	1,363	1,213	0,963	0,628	10/
2,06	1,86	1,46	0,93	0,393	11/
0,08	0,16	0,31	0,56	0,895	12/
0,022	0,044	0,085	0,153	0,245	13/
2,04	1,82	1,38	0,78	0,15	14/	–
1,43	1,34	1,18	0,88	0,386	15/
0,01	0,02	0,03	0,083	0,242	16/
0,07	0,14	0,22	0,60	1,76	17/

резервуар. При відсутності таких заходів ударний тиск при _норм = 0,6 досягне величини ΔН = 1,6 Н₀, що недопустимо.