1.2. Техніко-економічне значення параметрів гідротурбін

Одним з основних показників, що визначають економічність експлуатації, є к.к.д. агрегату η_а=η_Т·η_Г, де η_Г - к.к.д. генератора. Останній досягає у великих агрегатах 0,97÷0,975 і є досить стабільним, тому отримання високих к.к.д. агрегата можливе за рахунок досягнення високих значень η_Т·. Найбільше значення к.к.д. турбіни η_макс· досягається при оптимальному режимі роботи турбіни, який зазвичай визначається розрахунковим напіром Н і потужністю N_опт=(0,8÷0,9)·N, і служить показником досягнутої ефективності використання енергії потоку.

При збільшенні швидкохідності і частоти обертів агрегату можна зменшити розміри і масу турбіни і генератора, розміри блоку агрегата, об'єм бетонних споруд, а отже, і суму капітальних витрат. Тому тенденція до отримання швидкохідності при високих значеннях к.к.д. у гідротурбобудуванні є основною. Чинником, що обмежує застосування швидкохідних турбін при збільшенні напорів, є кавітація. Із зростанням швидкохідності зростають значення σ_Т і відповідно до залежності (1.6) зменшується необхідна висота відсмоктування, або заглиблення робочого колеса під рівень нижнього б'єфу.

Ковшові турбіни є найбільш тихохідними і застосовуються там, де не можна застосувати більше швидкохідні реактивні турбіни.

Таблиця 1.1

Класифікація гідротурбін за напорами

Клас	Система		Типова група	Напір, м
	Основна	Додаткова
Реактивний	Осьова	Пропелерна і поворотнолопатева вертикальна	Швидкохідна Середньої швидкохідності Малої швидкохідності	3÷15 15÷30 30÷70
		Капсульні горизонтальні	Швидкохідна	3÷20
	Радіально-осьова	Радіально-осьова вертикальна	Швидкохідна Середньої швидкохідності Малої швидкохідності	30÷70 70÷200 більше 200
	Діагональна	Діагональна поворотнолопатева	Швидкохідна Середньої швидкохідності Малої швидкохідності	30÷50 50÷120 більше 120
Активний	Вільно-струменева	Ківшева вертикальна	Швидкохідна Середньої швидкохідності	300÷500 500÷800
		Ківшева горизонтальна	Малої швидкохідності	більше 800

1.3. Нормалізація і уніфікація гідротурбін

Нормалізація переслідує мету обмежити кількість систем, типів і розмірів гідротурбін, що використовуються, і звести до мінімуму різноманітність конструкцій, зробивши їх найбільш прогресивними. Відповідно до цього розрізняють нормалізацію систем і типів і нормалізацію конструкцій гідротурбін. У основу нормалізації систем і типів (останні розуміються як сукупність конкретних типів, застосування яких можливе у певному діапазоні напорів) покладена номенклатура, розроблена для поворотнолопатевих (ПЛ) і радіально-осьових (РО) гідротурбін, що є основним матеріалом при їх виборі.

Групи обладнання і вузли постачання ПЛ і РО турбін показані для ПЛ турбіни на рис. 1.12.

Вузол 1 представляє заставні частини. Цей вузол ділиться на групи: 1а - лицювання конуса відсмоктувальної труби; 1б - камера робочого колеса; 1в - спіральна камера або лицювання спіральної камери; 1г - статор турбіни; 1д - лицювання шахти турбіни; 1е - лицювання шахт серводвигунів; 1ж - зливний трубопровід із спіральної камери; 1з - заставні трубопроводи.

Вузол 2 - робочі механізми турбіни. Групи цього вузла : 2а - робоче колесо турбіни; 2б - напрямний апарат турбіни; 2в - вал турбіни; 2г - напрямний підшипник турбіни; 2д - серводвигуни напрямного апарату; 2е - ущільнення робочого колеса (тільки для РО); 2ж - штанги робочого колеса (тільки для ПЛ); 2з – маслоприймач (тільки для ПЛ); 2и - масляні трубопроводи до серводвигунів напрямного апарату; 2к - масляні трубопроводи до серводвигуна робочого колеса (тільки для ПЛ); 2л - зворотний зв'язок із напрямним апаратом; 2м - зворотний зв'язок із робочим колесом (тільки для ПЛ); 2н - вимірювальні прилади.

Рис. 1.12. Гідроагрегат Волзької ГЕС:

К – колонка управління регулятора швидкості; МНУ – маслонапірна установка

Вузол 3 - допоміжні пристрої. Він ділиться на групи: 3а - ключі і спеціальний інструмент; 3б - монтажні пристрої, необхідні в процесі експлуатації; 3в - огородження, перила і сходи.

Вузол 1 обладнання постачається на будівництво при зведенні будівлі гідроелектростанції. Його групи монтують і під час спорудження замонолічують у бетоні будівлі. Цей бетон називають первинним. Так встановлюють лицювання, статор, спіральну камеру, заставні трубопроводи. У первинному бетоні зазвичай залишають незабетонований простір (так звану штрабу), у який встановлюють камеру робочого колеса, центрують її, після чого заливають вторинним бетоном. Робочі механізми, як правило, монтують після зведення нижньої частини будівлі. Потім іде монтаж генератора і регуляторного обладнання, яке включають у четвертий вузол постачання.

Уніфікація типорозмірів гідротурбін спрямована на збільшення серійності їх виробництва. Це можливо, якщо турбіни одного типорозміру для декількох ГЕС виготовляють у досить близькі терміни постачання. Збільшення серійності дозволяє зменшити витрати, віднесені на одну гідротурбіну. До таких витрат відносяться витрати на дослідження, розробку проекту і технологічних процесів, розробку і виготовлення пристроїв.