2.3.2. Номенклатура гидротурбин.

Сущность номенклатуры заключается в том, что диапазон применения реактивных гидротурбин по напорам Н = 3 ÷ 500 м разбит на ряд участков, для которых применяется наи­меньшее возможное число имеющихся (или разрабатываемых) осе­вых и радиально-осевых рабочих колес.

Действующей номенклатурой предусмотрено применение девяти типов осевых поворотно-лопастных и восьми типов радиально-осевых ра­бочих колес. Границы применения систем и типов рабочих колес по напорам установлены ориентировочно, исходя из допустимых и эко­номически оправданных высот отсасывания и обеспечения прочно­сти лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса.

Сводный график областей применения реактивных гидротурбин рисунок 2.4, построенный в ко­ординатах Н — N, позволяет выбрать тип турбины на заданные на­пор и мощность.

Турбины для ГЭС с напорами от 30 до 150 м. В диапазоне этих напоров могут быть установлены как поворотнолопастные, так и радиально-осевые турбины.

При решении вопроса о выборе системы турбины в рассматри­ваемой области напоров следует руководствоваться следующим, коэффициент полезного действия поворотно-лопастной турбины сохраняет высокое значение при изменении напора и мощности в более широких пределах, чем это имеет место у радиально-осевой турбины.

Кроме того, поворотно-лопастная турбина обеспечивает большие, чем радиально-осевая турбина, мощности при напорах ниже расчетного. Стремление получить высокое зна­чение к. п. д. радиально-осевой турбины приводит к ограничению ее режима работы сравнительно узким диапазоном напоров и мощ­ностей и делает гидроэлектростанцию менее маневренной в эксплуа­тации. С другой стороны, по условиям кавитации поворотно-лопаст­ная турбина требует применения меньших, а иногда и отрицатель­ных высот отсасывания, что приводит к большому заглублению основания отсасывающей трубы и увеличению строительной стои­мости здания ГЭС.

Применение радиально-осевых турбин следует предпочесть при сравнительно малых колебаниях напоров и при условии, что в экс­плуатации обеспечивается нагрузка агрегата преимущественно в пределах от 60—70 до 100% их номинальной мощности. При этом среднеэксплуатационный к. п. д. радиально-осевых турбин будет выше, чем поворотно-лопастных турбин.

При значительных колебаниях напоров и необходимости для турбин работать в более широком диапазоне нагрузки, например при малом числе установленных агрегатов, следует предпочесть применение поворотно-лопастных турбин.

Как правило, вариант с радиально-осевыми турбинами при оди­наковом числе агрегатов дает меньшую стоимость турбин и строи­тельных работ, но более высокую стоимость генераторов, вследствие меньшего числа оборотов.

N, мВт

3 4 5 10 20 50 100 200 400 Н, м

Рис. 2.4 Сводный график областей применения реактивных турбин.

Следует отметить, что пропеллерные турбины в настоящее время применяются очень редко. Принципиально, они могут быть применены на ГЭС с напо­рами до 40—80 м в энергосистемах, допускающих работу турбин с практически постоянной мощностью, близкой к оптимальной. Ограниченное применение пропеллерных турбин объясняется тем, что они имеют крутую рабочую характеристику, а это значит, что при изменении мощности от оптимальной как в сторону уменьше­ния, так и в сторону ее увеличения, к. п. д. турбины резко падает. При этом часто наблюдаются вибрации машины из-за значительной закрутки потока за рабочим колесом.

Турбины для ГЭС с напорами от 150 до 350 ÷ 550 м. В этом диа­пазоне напоров могут быть установлены как радиально-осевые, так и ковшовые турбины.

Применение ковшовых турбин предпочтительнее радиально-осевых в случаях:

• когда турбину приходится эксплуатировать в условиях зна­чительных колебаний нагрузок, например при работе на электри­ческую тягу, или в условиях значительных изменений расходов;

• когда вода, поступающая в турбину, имеет много взвешенных посторонних примесей (песок и т. п.);

• когда по условиям строительства невозможно или трудно создать большие отрицательные высоты отсасывания, необходимые для безопасной работы турбины по условиям кавитации.

Во всех других случаях следует предпочесть применение радиально-осевых турбин, так как они получаются более компактными (меньше размеры турбины и генератора) и обладают большими на 2 ÷ 3% значениями к. п. д. по сравнению с ковшовыми турбинами.

Маркировка турбин. Отечественная номенклатура предусматривает определенную маркировку гидротурбин, которая указывает на систему и тип ра­бочего колеса в соответствии с напором.

Например, осевое поворотно-лопастное рабочее колесо ПЛ 20/661-В-930 предназначено на максималь­ный напор Н_мах = 20 м; его инвентарный номер 661, применяемый тип установки — вертикальная, диаметр рабочего колеса турбины D₁ = 930 см.

Таким образом, маркировка характери­зует тип гидротурбины, рабочего колеса и его диаметр. Напри­мер, радиально-осевая — РО 115/697-В-750 и т. д. Диаметры рабочих колес нормализованы, поворотнолопастные турбины изготавливают с диаметрами рабочих колес D₁ = 2,8 ÷ 10,5 м; радиально-осевые турбины с диаметром D₁ = 1,8 ÷ 8,5 м.

Помещенные в номенклатуре универсальные характеристики моделей гидротурбин получены при испытании рабочих колес в про­точной части (спиральная камера, статор, направляющий аппарат и отсасывающая труба) соответствующих размеров и формы. Если проточная часть натурной гидротурбины (например, спиральная камера или отсасывающая труба) несколько отличается от модель­ной, необходимо при пользовании универсальной характеристикой модели вносить соответствующие поправки при пересчете величин ή, σ, Q_I, n_I или же провести новые испытания.

Окончательный выбор системы турбины и типа рабочего колеса производится на основе экономического анализа с учетом: а) ха­рактеристики водотока по напорам и расходам; б) графика нагруз­ки; в) энергетических и кавитационных свойств колес; г) стоимости оборудования, материалов и строительных работ.