лабы исф виэг препод панфилов / Стили и форматирование текст для редакции

государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"санкт-петербургский государственный политехнический университет"

Инженерно-строительный факультет

Кафедра ''Возобновляющихся источников энергии и гидроэнергетики''

Пояснительная записка ко второй

части курсового проекта по дисциплине

''Гидроэнергетические установки''

Выполнил:

студент группы 5013/2

Иванов И.И.

Принял: Петров П.А.

Санкт-Петербург 2007

Оглавление

1. Исходные данные

Даны параметры зависимости уровней воды и расходов в точке, где будет располагаться здание ГЭС – в нижнем бьефе. Также получен планшет рельефа местности в месте строительства здания ГЭС № 15.

Исходные данные:

НПУ = 48.0 м

УМО = 44.0 м

Q_MAX = 180 м³/с

n = 3 – количество агрегатов ГЭС

Q_{1 АГР.} = 60 м³/с

Расчетный расход воды в реке после возведения ГЭС:

максимальный 2100 м³/с

минимальный 50 м³/с.

2. Определение схемы напоров

Для построения схемы напоров определим по кривой расходов и уровней (рис.), построенной по данным задания, уровни воды в нижнем бьефе:

По максимальному расходу ГЭС -

Q_MAX = 180 м³/с

Q_ГЭС = 5.5 м

Для расхода через один агрегат ГЭС -

Q_{1 АГР} = 180/3=60 м³/с

Q_{1 АГР} = 4.8 м

Зная уровни НПУ, УМО и ФПУ, найдем

H_MAX = НПУ – Q_{1 АГР} = 48 – 4.8 = 43.2 м

H_MIN = УМО – Q_ГЭС = 44 – 5.5 = 38.5 м

H_РАСЧ = НПУ – (НПУ – УМО)/3 – Q_{1 АГР} = м

По полученным значениям построим схему напоров – рис. .

Рисунок 2.1

Рисунок 2.2

Выбор гидротурбины и ее основных параметров

Выбор системы гидротурбины на заданные условия работы производится согласно номенклатуре по максимальному напору (H_MAX = 43.2 м) на основании сводного графика зависимости N = f(H) [], находим подходящими два различных типа рабочего колеса: РО 45 (диапазон напоров 30…45 м) и ПЛ 50 (диапазон напоров 30…50 м).

Определим мощность одного агрегата ГЭС:

N_{1 АГР} = 9.81 · H_РАСЧ · Q_{1 АГР} · η_Т

η_Т = 0.9 – КПД турбины при первом приближении.

N_{1 АГР} = 9.81 · 41.9 ·60 · 0.9 = 22196.1 кВт = 22.2 МВт

Гидротурбина РО 45.

Для определения диаметра рабочего колеса используют универсальную характеристику (рис. 3) выбранной гидротурбины.

Диаметр рабочего колеса D₁ (м) гидротурбины определяется по формуле:

где:

N_{1 АГР} = 22.2 МВт мощность одного агрегата ГЭС,

Q_I =1200 – приведенный расход в расчетной точке, л/с.

H_Р = 41.9 м – расчетный напор гидротурбины, м

η_Н = 92.1% – полный КПД натурной гидротурбины, соответствующий режиму ее работы в расчетной точке.

Положение расчетной точки на универсальной характеристике находят следующим образом. Для РО гидротурбины рабочую точку выбирают на линии ограничения мощности, при этом n_I должно быть на (2  5) об/мин. выше, чем n_{I ОПТ} = 80…90 об/мин. Примем, по универсальной характеристике, n_ОПТ = 82 об/мин.

n_I = 85 об/мин. , η = 92 % = 0.92

Q_I = 1200 л/с = 1.2 м³/с

Тогда, по формуле Error: Reference source not found:

м

Округляем подсчитанный диаметр до ближайшего стандартного D₁ = 280 см.

Расход определим по формуле:

Тогда:

л/с

По формуле

определим нормальную частоту вращения:

об/мин

Нормальная частота вращения должна быть строго определенной и равной синхронной частоте n = n_С, где n_С - синхронная частота вращения ротора генератора.

n_C = 200 об/мин, р = 30

Определим зону работы ограничения по приведенной частоте вращения двумя горизонтальными линиями вращения:

Также по формуле Error: Reference source not foundопределим частоту вращения при расчетном напоре:

Нанесем эту зону на универсальную характеристику (рис. ).

При полученном диаметре рабочего колеса, расходе и КПД, по формуле

определим мощность, которую может выработать 1 агрегат ГЭС при данных параметрах:

N= 1.155∙9.81∙2.8²∙41.9∙∙0.92 = 22165 кВт

Для определения высоты отсасывания при курсовом проектировании для любого режима работы целесообразно определять по формуле:

,

где = 4.8 м – минимальный уровень нижнего бьефа;

– коэффициент запаса на величину σ.

При отсутствии данных о кавитационной эрозии величину K_σ = 1.05  1.1

примем K_σ= 1.05 для РО гидротурбины;

H_P – расчетный напор ГЭС,

H_P = 41.9 м;

σ - кавитационный коэффициент турбины с универсальной характеристики

(рис. ),

σ = σ_т = 0.18.

м

Предельное значение высоты отсасывания H_{S ПРЕД} зависит от типа здания ГЭС. При обычном расположении здания ГЭС H_{S ПРЕД} = - 10 м. Следовательно, значение найдено правильно.

Гидротурбину ПЛ 50.

Для определения диаметра рабочего колеса используют универсальную характеристику (рис. ) выбранной гидротурбины.

Диаметр рабочего колеса D₁ (м) гидротурбины определяется по формуле Error: Reference source not found при:

N _{1 АГР} = 22.2 МВт мощность одного агрегата ГЭС,

Q_I = 820 – приведенный расход в расчетной точке, м³/с.

H_Р = 41.9 м – расчетный напор гидротурбины, м

η_Н = 90% – полный КПД натурной гидротурбины, соответствующий режиму ее работы в расчетной точке.

Положение расчетной точки на универсальной характеристике находят следующим образом. Для ПЛ гидротурбины координаты рабочей точки определятся следующими значениями (мин ^-1) и (м³/с):

где _ОПТ – приведенный расход в оптимуме универсальной характеристики.

n_I = 104+1=105 об/мин. , η = 90 % = 0.90

Q_I = 780 л/с = 0.78 м³/с

3.45 м

Округляем подсчитанный диаметр до ближайшего стандартного D₁ = 360 см.

По формуле Error: Reference source not found определим расход:

л/с

По формуле Error: Reference source not found определим нормальную частоту вращения:

об/мин

Нормальная частота вращения должна быть строго определенной и равной синхронной частоте n = n_С, где n_С – синхронная частота вращения ротора генератора.

n_С = 200 об/мин, р = 30

По формулам Error: Reference source not found определим зону работы ограничения по приведенной частоте вращения двумя горизонтальными линиями вращения:

также определим частоту вращения при расчетном напоре:

Нанесем эту зону на универсальную характеристику - рис. .

Зона работы турбины входит в рамки оптимума рабочей характеристики.

При полученных диаметре рабочего колеса, расходе и КПД, по формуле Error: Reference source not found определим мощность, которую может выработать ГЭС при данных параметрах:

N= 0.715∙9.81∙3.6²∙41.9∙∙0.9 = 22189.3 МВт

Для определения высоты отсасывания при курсовом проектировании для любого режима работы целесообразно определять по формуле:

где = 4.8 м – минимальный уровень нижнего бьефа;

– коэффициент запаса на величину σ.

При отсутствии данных о кавитационной эрозии величину K_σ = 1.05  1.1

примем K_σ = 1.1 для данной гидротурбины;

H_P – расчетный напор ГЭС,

H_P = 41.9 м;

σ - кавитационный коэффициент турбины с универсальной характеристики (рис. ),

σ = σ_т = 0.2.

м

Предельное значение высоты отсасывания H_{S ПРЕД} зависит от типа здания ГЭС. При обычном расположении здания ГЭС H_{S ПРЕД} = - 10 м. Следовательно, значение найдено правильно.

При данных условиях эксплуатации предпочтительнее использование РО турбины, так как:

зона работы турбины РО45 покрывает оптимум универсальной характеристики;

РО турбины имеют более простую конструкцию, меньшую металлоемкость и, следовательно, меньшую стоимость гидротурбины;

РО турбины практически не загрязняют воду, так как в рабочих колесах этих гидротурбин отсутствует масло;

РО турбины являются более надежными в эксплуатации;

РО турбины обладают лучшими кавитационными качествами, чем осевые гидротурбины, поэтому они имеют меньшие заглубления, что снижает стоимость строительных работ.

Итак, из всего вышесказанного следует, что при данных условиях эксплуатации, предпочтительнее использовать турбину РО 45.

Вырабатываемая мощность при полученном рабочем колесе, диаметром 2.8 м, равна 22165 кВт. Синхронная частота вращения ротора n_C =200 об/мин.

Определение отметки рабочего колеса и высоты отсасывания

Отметка рабочего колеса выбирается так, чтобы были гарантированы надёжные условия эксплуатации гидроагрегата на всех режимах, то есть кавитация не должна развиваться.

Т.о. ,

где: Н - напор, К_σ – коэффициент запаса, К_σ = 1.05

σ – кавитационный коэффициент турбины (по универсальной характеристике)

Режим	Нi, м	σi	Hs	УНБ	РК
Hmin	38.5	0.20	1.91	4.8	6.71
Hp	41.9	0.20	1.2	4.8	6
Hmax	43.5	0.19	1.32	4.8	6.12

Принимая из Таблицы для проектирования наименьшую отметку рабочего колеса, равную 6 метра, высоту отсасывания H_S = 1.2

Гидрогенератор

Найдем мощность генератора:

n = 200 об/мин

По справочнику выбираем гидрогенератор ВГС 700/100-48:

S_НОМ = 26.3 MВ·A, P_НОМ = 21 MВт, сosφ_НОМ = 0.8, U_НОМ = 10.5 кВ, η = 96.5 %, n = 200 об/мин.

Масса ротора – 133.3 т, общая масса – 258.5 т, диаметр статора – 8050 мм.

Исполнение зонтичное.

Полюсное деление:

где A и α для непосредственного водяного способа охлаждения обмоток ротора и статора берутся из справочника.

Диаметр ротора:

Предельная окружная скорость ротора:

Коэффициент машины:

S_P = S_НОМ ·1.07·cosφ = 26.3·1.07·0.8 = 22.5

Высота активной стали: м.

Маховый момент ротора генератора: т·м²

Размеры:

1. Статор

Высота корпуса h_СТ = (1.7÷1.9)·l_а = 1 м

Диаметр D_СТ = (1.05+0.0017n₀)·D_i = 5.6 м

2. Верхняя крестовина

Диаметр лучей D_ВК = D_СТ = 5.6 м

Высота h_ВК = (0.1÷0.12)·D_i = 0.45 м

3. Подпятник

Высота h_П = (0.15÷0.2)·D_i = 0.8 м

Диаметр кожуха D_П = 0.5·D_i = 2 м

4. Турбинная шахта D_Ш = D_i – 0.2 = 3.8 м

5. Нижняя крестовина

Диаметр лучей D_НК = D_Ш+0.4 = 4.2 м

Высота h_НК = D_Ш·(0.25÷0.30) = 1.1 м

6. Надстройка

Высота h₀ = 0.3÷0.5 м = 0.5 м

Диаметр d₀ = (0.2÷0.25)·D_i = 1 м

7. Кратер генератора

Диаметр D_КР = (1.4÷1.5)·D_i = 6 м

Минимальная ширина прохода b = 0.5 м

Расчет спиральной камеры

Для подвода воды к направляющему аппарату используют турбинные спиральные камеры. При высоких напорах (H>40 м) применяются металлические спиральные камеры.

Расчет металлической спиральной камеры:

1. Угол охвата φ₀ = 345, град. (Табл. 11, стр. 36, [])

0.35 = b₀ / D₁, b₀ = 0.35·2.8 = 0.98

4.20 = B / D₁, B = 4.20·2.8 = 11.76

D_b = 3850 мм, D_a = 4600 мм, D₀ = 3250 мм, (Табл. 13, стр. 41, [])

2. Значение v_вх определяем по графику изображенному на рисунке 12, б (Стр. 37, []) по заданному H_РАСЧ. v_вх = 5.5 м/с.

3. Расход через входное сечение спирали:

Q_вх = Q·φ₀/360 = 57.5 м³/с

4. Радиус входного сечения спирали определяется по формуле:

Т.о.

Расчеты сводим в Таблицу

φ,	φ/К		ρ, м	Ri, м
град
0	0	0	0	2,3
15	0,019	0,292	0,310	2,920
30	0,037	0,413	0,450	3,199
45	0,056	0,505	0,561	3,422
60	0,074	0,583	0,657	3,615
75	0,093	0,652	0,745	3,790
90	0,111	0,715	0,826	3,951
105	0,130	0,772	0,901	4,103
120	0,148	0,825	0,973	4,246
135	0,167	0,875	1,042	4,383
150	0,185	0,923	1,108	4,515
165	0,204	0,968	1,171	4,642
180	0,222	1,011	1,233	4,765
195	0,241	1,052	1,292	4,885
210	0,259	1,092	1,351	5,001
225	0,278	1,130	1,407	5,115
240	0,296	1,167	1,463	5,226
255	0,315	1,203	1,517	5,335
270	0,333	1,238	1,571	5,442
285	0,352	1,272	1,623	5,546
300	0,370	1,305	1,675	5,649
315	0,389	1,337	1,725	5,751
330	0,407	1,368	1,775	5,851
345	0,426	1,399	1,825	5,949

Габаритный чертеж спиральной камеры показан на рис.

Определение габаритов отсасывающей трубы.

Отсасывающая труба является элементом проточной части гидротурбины. Она предназначена для отвода воды от рабочего колеса и восстановления кинетической энергии потока.

В данном проекте предусмотрена установка на ГЭС изогнутой отсасывающей трубы со следующими параметрами: (Расчет параметров производится по таблице 20, стр. 68, [])

h = 2.3 D₁ = 2.3·2.8 = 6.44 м

D_K = 0.9·D₁ = 1.0·2.8 = 2.52 м

ε = 0.1·D_K = 0.1·2.52 = 0.252 м

B = 3·D₁ = 3·2.8 = 8.4 м

L = 4·D₁ = 4·2.8 = 11.2 м

h_K = 1.4·D_K = 1.4·2.52 = 3.528 м

L_K = 2.0·D_K = 2.0·2.52 = 5.04 м

R = 2.49·D_K = 2.49·2.52 = 6.972 м

L_C = 1.33·D_K = 1.33·2.52 = 3.35 м

R₁ = 0.83·D_K = 0.83·2.52 = 2.09 м

R₂ = 1.25·D_K = 1.25·2.52 = 3.15 м

R₃ = 1.40·D_K = 1.40·2.52 = 3.528 м

h^/_K = 0.65·D_K = 0.65·2.52 = 1.638 м

h₁ = 1.3·D_K = 1.3·2.52 = 3.276 м

β = 8 град.

α = 9 град.

S_б = 0.1·B = 0.1·8.4 = 0.84 м

Отсасывающая труба изображена на рис. .

Определение габаритов рабочего колеса РО45.

	Min	Max	Выбр.
D1	2,80
D2	3,08	3,36	3,20
D3	1,96	2,10	2,00
D4	0,84	0,98	0,90
R	0,70	0,98	0,80
а	0,01	0,03	0,02
b	0,36	0,45	0,40
r	0,17	0,20	0,18
c	0,08	0,14	0,11
d	0,53	0,62	0,60