17.Подбор гидротурбин по номенклатуре.
Номенклатура представляет собой совокупность основных технических характеристик гидротурбин, объединенных по основным признакам — напору, диаметру рабочего колеса и мощности турбины.
В настоящее время такая номенклатура составлена для реактивных необратимых гидромашин. Весь диапазон их применения по напору от 3 до 500 м разбивается на участки, охватываемые наименьшим числом заранее установленных стандартных серий рабочих колес. Номенклатура включает крупные поворотно-лопастные и радиально-осевые гидротурбины вертикального исполнения с диаметрами рабочих колес: для поворотно-лопастных турбин от 2,5 до 10,5 м, для радиально-осевых от 1,8 до 8,5 м.
Номенклатура устанавливает маркировку гидротурбин, типы рабочих колес в соответствии с напорами, типы установок (расположение вала и турбинной камеры), основные размеры гидротурбин (диаметр рабочего колеса, диаметр окружности расположения осей лопаток направляющего аппарата, высоту направляющего аппарата и др.).
На рис. 24.2 представлена номенклатура реактивных гидротурбин в виде сводного графика — номограммы областей применения вертикальных поворотно-лопастных и радиально-осевых турбин. На графике в координатах напора и мощности выделены области применения отдельных серий турбин, внутри каждой области указана марка серии турбин. Границы мощностей каждой области определяются максимальными и минимальными диаметрами рабочих колес. Границы применения по напору установлены исходя из допускаемых высот отсасывания и условий прочности гидротурбин.
Номенклатура реактивных гидротурбин позволяет без выполнения детальных расчетов на начальной стадии проектирования ориентировочно наметить типы гидротурбин, предельные значения диаметра рабочего колеса и соответствующий им диапазон изменения мощности гидротурбины.
Исходными данными для определения этих параметров являются расчетная установленная мощность проектируемой станции и диапазон изменения напора, в том числе его расчетное по мощности значение.
По диапазону изменения напоров и номенклатуре (рис. 24.2) определяются типы турбин, которые могут работать в этом диапазоне.
По расчетному напору для максимального или минимального диаметра рабочего колеса гидротурбины определяется ее номинальная мощность Nтном. Число агрегатов вычисляется при заданной расчетной суммарной установленной мощности Nустр и КПД генераторов по формуле:
Коэффициент полезного действия современных мощных генераторов при
cos φ=0,80—0,85 до выбора их параметров принимается равным 0,96—0,98.
Каждая из приведенных в номограмме серий гидротурбин, кроме предельных значений диаметров рабочего колеса, напора и мощности, характеризуется частными графиками (рис. 24.3,а), по которым можно определить не только предельные значения диаметров рабочего колеса данной серии гидротурбин, но и промежуточные стандартные его значения и соответствующую этому диаметру и расчетному напору синхронную частоту вращения.
Каждый частный график области применения дополняется вспомогательным графиком hs(H) (рис. 24.3,6), для определения максимально допустимой высоты отсасывания Hs:
где hs —высота отсасывания турбины, отсчитываемая от уровня моря, определяется по вспомогательному графику hs(H); ▼Zнб/900 — поправка, учитывающая несовпадение уровня воды в нижнем бьефе, от которого отсчитывается Hs, с уровнем моря; ▼Zнб — отметка уровня воды в нижнем бьефе при расчетных условиях.
Для поворотно-лопастных турбин на графике hs(H) приведены две линии: верхняя линия построена при максимальных приведенных расходах воды, а нижняя — при минимальных. Значение hs принимается по верхней или нижней линии или промежуточное в зависимости от положения расчетной точки по напору, диаметру и мощности турбины на частном графике (рис. 24.3,а). Если расчетная точка находится на частном графике между граничными значениями мощностей турбины, то отрезок hs при расчетном напоре делится пропорционально отношению отрезков от расчетной точки до верхней и нижней границы мощности турбины (рис. 24.3,6).
По номенклатурным данным можно наметить тип гидротурбины и определить ее параметры: диаметр рабочего колеса, номинальную мощность, синхронную частоту вращения и высоту отсасывания.
Рассматриваемый вариант выбора основного оборудования по номенклатурным данным ограничен лишь двумя типами гидротурбин и не учитывает возможность применения других современных конкурирующих гидромашин (например, диагональных и др.).
Для оценки возможности применения диагональных и поворотно-лопастных горизонтальных капсульных гидротурбин можно воспользоваться основными расчетными данными, приведенными в табл. 24.1 и 24.2.
Диагональные поворотно-лопастные гидротурбины (Д) являются одним из современных типов гидротурбин двойного регулирования, которые имеют большую пропускную способность и лучшие кавитационные качества, чем поворотно-лопастные гидротурбины на аналогичные напоры. Диагональные гидротурбины могут работать при значительно более высоких напорах, чем поворотно-лопастные, и рассчитаны на самый большой диапазон колебания напора из всех существующих типов гидротурбин. Рабочие колеса этих гидротурбин изготавливаются диаметром от 1,8 до 9,0 м.
Т а блиц а 24.1. Основные расчетные данные поворотно-лопастных горизонтальных капсульных гидротурбин
|
Показатели
|
ПЛК10
|
ПЛК16
|
|
Диапазон напоров, м Приведенная частота вращения, об/мин: оптимальная п'IO расчетная п'IP Приведенный (максимальный-расчетный) расход воды Q'IP, л/с Коэффициент кавитации при Q'IP Относительный диаметр капсулы
|
1—10
170 210 4200—3800
2,8—2,2 0,8—0,85
|
3—16
155 175 3000—2800
2,0—1,6 1,0—1,25
|
Таблица 24.2. Основные расчетные данные диагональных поворотно-лопастных гидротурбин
|
Показатели
|
Д60
|
Д45
|
ДЗО
|
|
Угол наклона оси поворота лопастей рабочего колеса, град Диапазон напоров, м Приведенная частота вращения, об/мин: оптимальная п'IO расчетная п'IP Приведенный (максимальный расчетный) расход воды Q'IP, л/с Коэффициент кавитации при Q'IP
|
60
40—70
110 120 1600—1300
0,5—0,38
|
45
60—130
90 100 1400—1100
0,32—0,2
|
30
120—170
80 90 1000—700
0,18—0,1
|