3. Вибір устаткування будівлі гес

В курсовому проекті необхідно підібрати таке основне устаткування будівлі ГЕС: гідротурбіни, турбінні камери, відсмоктуючі труби, трансформатори, затвори, сміттєзатримуючі грати та вантажопідйомні механізми.

3.1 Гідротурбіни

Вихідними даними для вбору гідротурбіни є діючі напори та потужність турбіни. В курсовому проекті з метою спрощення за діючі напори на турбіну приймають статичні напори:

• максимальний напір H_мах = ↓НПР - ↓НБ_мін , м;

• мінімальний напір H_мін = ↓РМО - ↓НБ_ГЕС, м;

• розрахунковий напір Н_р = (2· H_мін + H_мах )/3, м.

Потужність турбіни визначається за фрмулою

N_т = N_ус/(z·η_г),

де установлена потужність гідроелектростанції N_ус та кількість агрегатів z приймаються за вихідними даними (дивись розділ 2), а коефіцієнт корисної дії генератора η_г орієнтовно може мати значення 0,96...0,98.

Основні параметри, що характеризують гідротурбіну, є слідуючі: напір Н (м); витрата Q (м³/с); потужність на валу N_т, кВт; частота обертання турбіни n_с (об/хв); номінальний діаметр робочого колеса D₁ (м); коефіцієнт корисної дії турбіни η_т; висота відсмоктування Н_s (м).

Основні параметри турбіни та її тип попередньо визначається за допомогою часткових графіків областей застосування турбін (див. додаток Д-1 або [3]). Тип турбіни установлюється в залежності від максимального напору, а синхронна частота обертання агрегату n_с та діаметр робочого колеса D₁ – по режимній точці з параметрами N_т та Н_р. Наприклад, якщо Н_мах = 18 м, Н_р = 14,7м і N_т = 22 МВт тип турбіни буде ПЛ-20 (з найбільшим напором до 20 м), а режимній точці А (рис. 1) відповідають значення n₀ = 115,4 об/хв і D₁ = 500 см. Висота відсмоктування орієнтовно дорівнює Н_s = - 3,3 м і залежить від розрахункового напору Н_р. Треба зауважити, що на цьому – попередньому етапі визначення параметрів турбіни, – графіки

Н_s = f(Н_р) для наведених турбін в додатку Д1 побудовані без урахування абсолютної висоти розташуваннятурбіни, тому що в подальшому отримані параметри (n_с, D₁ та Н_s) уточнюється розрахунком.

Для цього спочатку визначається витрата турбіни

(1)

де Q_Т – витрата турбіни в м³/с, N_Т в кВт, Н_Р в м. Значення ККД турбіни η_Т приймається: 0,87...0,90 для турбін ПЛ і 0,90...0,92 для турбін РО

Діаметр робочого колеса турбіни

(2)

де Q´_I – розрахункова приведена витрата в м³/с, приймається за табл. 4 або по [2, 3].

Визначений за формулою (2) діаметр D₁ треба заокруглити до найближчого стандартного значення, яке приймається за даними часткових графіків областей застосування турбін (додаток Д-1) або за номенклатурою [2, 3]. В подальших розрахунках застосовується тільки стандартне значення D₁.

Частота обертання агрегату визначається за формулою

(3)

де n´_I – розрахункова приведена частота (об/хв), D₁ та Н_р в метрах.

Значення n´_I можна взяти з табл. 4 або в [2, 3]. Отримане за формулою (3) значення n заокруглюється до найближчого синхронного n_с згідно додатка Д-1 або [3].

Доступна висота всмоктування може бути знайдена за умови відсутності кавітації за формулою

(4)

де K – коефіцієнт запасу (для турбін типу ПЛ K = 1,1, для типу РО K = 1,05); σ – коефіцієнт кавітації (приймається за таблицею 4 або згідно [2, 3]); ↓Т – відмітка осі турбіни, м.

В першому наближені в (4) можна замість ↓Т підставити ↓НБ_мін і прийняти значення Н_S на 0,1...0,2 м менше ніж за розрахунком (в запас).

Для вище наведеного прикладу визначені за формулами (2), (3) та (4) значення D₁, n, та Н_S дорівнюють: D₁ = 4,95 м (приймається стандартне 5,0м), n = 111,2 об/хв (приймається синхронне n_с = 115,4 об/хв), Н_S = -3,1м (з урахуванням запасу в 0,1м, приймається Н_S = - 3,0 м). Порівнюючи ці дані з

Таблиця 4

Основні параметри і розміри турбін

Показники	Тип турбіни
	ПЛ 10	ПЛ 20	ПЛ 30	РО 45	РО 75
n´I , об/хв	180	145	150	85	80
Q´I , м3/с	2,4	1,8	1,8	1,4	1,25
σ	1,7	0,8	0,85	0,22	0,18
b0/D1	0,43	0,40	0,37	0,35	0,30
dвт/ D1	0,35	0,37	0,41	–	–
Da/ D1	1,63	1,63	1,63	1,63	1,63
Dв/ D1	1,38	1,38	1,38	1,38	1,38
D0/ D1	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2
hкт/ D1	0,2...0,25	0,2...0,25	0,2...0,25	0,2...0,25	0,2...0,25
h1/ D1	0,21	0,21	0,21	–	–
h2/ D1	0,21	0,21	0,21	0,21	0,25
D2/ D1	0,97	0,97	0,97	1,15	1,10
hв/ D1	0,31	0,35	0,40	0,31	0,31

Примітка: Щоб отримати відповідний розмір турбіни в метрах необхідно помножити параметра на діаметр турбіни в метрах. Наприклад, якщо D₁ = 5,0м, то для турбіни ПЛ 10 висота напрямного апарату дорівнює

5,0·(b₀/D₁) = 0,43·5,0 = 2,15м.

Діаметр вала d_в приймається згідно додатка Д-4.

попередніми (згідно частковим графікам номенклатури), робимо висновок,

що розрахунки виконані вірно.

Підбір турбіни завершується визначенням відмітки осі турбіни згідно схем на рис.2:

• для ПЛ турбін

↓Т = ↓НБ_мін + Н_S; (5)

• для РО турбін

↓Т = ↓НБ_мін + Н_S + b₀/2 (6)

де b₀ – висота напрявляючого апарату (див табл. 4)

В пояснювальній записці необхідно зробити конструктивну схему робочого колеса (див. рис. 2) з основними розмірами згідно таблиці 4 (орієнтовний масштаб: для діаметрів D₁ менших за 5м – 1:100, для D₁ ≥ 5 м – 1:200).