Расчет и построение турбинных камер

Турбинные камеры служат для плавного подвода воды к направляющему аппарату турбины (рис. 2).

Различают открытые и закрытые турбинные камеры. Тур­бины в них устанавливают на вертикальном или горизонталь­ном валу.

Закрытые камеры бывают бетонные, металлические и сталежелезобетонные. Открытые турбинные камеры устраи­ваются при напорах, не превышающих 8 - 10 м. При больших напорах их применение экономически невыгодно.

К турбинным камерам предъявляются следующие требо­вания:

1) конструкция турбинной камеры должна обеспечивать равномерный подвод воды к лопаткам направляющего аппа­рата;

2) скорость потока воды в турбину в каждой точке долж­на быть одинаковой;

3) гидравлические потери в камере должны быть мини­мальными;

4) размеры турбинной камеры должны соответствовать размерам турбины и компоновке здания ГЭС.

Равномерный подвод воды к лопаткам направляющего аппарата создается с помощью устройства спиральной каме­ры. Такой подвод воды к турбине является наиболее эконо­мичным, так как позволяет получить наименьшие размеры агрегатного блока в плане.

Для высоких напоров турбинную спиральную камеру вы­полняют металлической. Для металла наиболее целесообраз­ной формой является окружность. С ростом напора и мощно­сти турбин изготовляются спиральные камеры смешанной конструкции, т. е. сталежелезобетонные. В установках с вер­тикальными агрегатами спиральная камера определяет рас­стояние между осями агрегатов, т. е. ширину гидроагрегат­ного блока. Для уменьшения размеров нижней части здания ГЭС обычно применяют бетонные турбинные камеры тавро­вого сечения. Для основных типов зданий железобетонные спиральные камеры таврового сечения выполняются с углом охвата β = 135 - 225°. Наименьшее расстояние между осями агрегатов получается при угле охвата 180°. Камеры с углом охвата меньше 180° целесообразно применять на совмещен­ных ГЭС, когда в пределах турбинных блоков размещаются холостые водосбросы.

В нормах технологического проектирования рекомендует­ся при Н 30 м, = 135—200°, а при Н = 30 - 50 м, = 200—225°. При Н = 50 - 80 м допускается применение же­лезобетонных спиральных камер с полной металлической об­лицовкой и углом охвата 225—275°.

Рис. 2. Схема турбинной камеры

Для расчета введем некоторые условия:

1) вода подается в начальном сечении равномерно (Q = const);

2) радиальная скорость принимается постоянной;

3) среднюю скорость в начальном сечении, м/с, рекомен­дуется определять по формуле

где Н - напор, м.

Радиальная скорость, м/с, рассчитывается по формуле

где - расход турбины;

b_o - ширина входного отверстия в направляющем ап­парате;

Д_вх - диаметр окружности, проходящей через входные кромки статора турбины, м

Для турбин типа РО и ПЛ

= 0,365; В_о = 0,365*Д_т;

Определяют расход, проходящий через входное отверстие камеры, м³/с

где β - угол охвата.

Вычисляют площадь входного отверстия камеры, м²

Дальнейший расчет размеров поперечного сечения спи­ральной камеры ведется графическим путем, а начальные размеры входного отверстия определяются, исходя из сле­дующих положений:

= (1,5-2,2) ;

Для симметричных спиральных камер

Радиус агрегата, м

Радиус входного отверстия, м, определяется по формуле

Графическое построение бетонной турбинной камеры ве­дут в следующей последовательности (рис. 3).

1.Строят сечение бетонной турбинной камеры в M 1:50.

2.Ниже сечения наносят оси координат (

3.Измеряют площадь сечения камеры и откладывают ее значения на оси .

4.Разбивают сечения камеры на 6-7 произвольных пло­щадей.

5.Измеряют площадь сечения каждой фигуры и откла­дывают эти значения на оси .

6.На продолжении вертикальной линии, делящей пло­щадь сечения камеры, и численным значением данной пло­щади ставят точку. Для каждой площади повторяем данную операцию.

7.Полученные точки (6, 7) соединяют плавной кривой. Получают зависимость

8.Откладывают на оси β принятое значение угла охвата.

Рис 3. Графическое построение турбинной камеры.

9. Соединяют прямой линией нулевую точку на оси β с максимальным значением площади сечения камеры.

Получают зависимость

По построенным графикам можно определить любые зна­чения входного радиуса турбины при любом угле охвата. Для этого необходимо из заданного угла охвата на оси β провести вертикальную линию до пересечения с графиком и от точки пересечения - горизонтальную линию до пересечения с осью агрегата. Расстояние от оси агрегата графика есть значение входного радиуса при дан­ном угле охвата. По данным этого графика строят турбинную камеру в плане.