Добавил:

Vik962 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Саяно-Шушенский Филиал Сибирского Федерального Университета

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Книги / 1bryzgalov_v_i_gordon_l_a_gidroelektrostantsii

.pdf

Скачиваний:

472

Добавлен:

06.11.2017

Размер:

40.8 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 / 5515 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 > Следующая >>>

Данная турбинная установка состоит из водоприёмника обору¬ дованного сороудерживающей решёткой (2). Турбинный водовод (6) имеет

перед входом пазы для установки ремонтных затворов (3). Для защиты

турбины в случае отказа направляющего аппарата имеются специальные пазы,

где установлены быстропадающие затворы (4) (аварийные), которые

опускаются от действия автоматических устройств, контролирующих

недопустимое повышение частоты вращения агрегата. Быстропадающий затвор приводится в действие гидроподъёмником (5). Для ремонта всего

гидромеханического оборудования водоприёмников предусмотрены

специальные козловые краны (7).

Рабочее колесо турбины располагается в камере (8) и состоит из трёх

жесткосвязанных частей-обода(9), ступицы(10), между которыми располагаются

лопасти (9^сложной пространственной формы. Число лопастей турбины может

колебаться от 9 для низконапорных до 21 для высоконапорных турбин.

	£i ^7	5	19	18-	17	20
		1				20
		4	10			4
						4
						11
						11
в)
Й			26			23	24
Й	з8		26
5	з8	Осьсскщш				щ 18
5
3
3	к
	к			11		о»	16
	16.95				У	о»	16
	16.95

						15

Рис. 5.8. Турбинная установка с радиально-осевой турбиной Саяно-Шушенской ГЭС

а) водоприемник; б) рабочее колесо; в) сороудерживающая решетка; г) здание ГЭС с водоводом, спиральной камерой, агрегатом и отсасывающей трубой

Подвод воды от турбинных водоводов к рабочему колесу осуществ¬

ляется через спиральную камеру (11), имеющую в плане форму “ улитки” (тора переменного сечения) (рис. 5.9). У входа в турбинный водовод, где наибольшие

расходы воды, площадь сечения спиральной камеры наибольшая.

труба имеет на выходе пазы, в которые опускается ремонтный затвор (16) с

помощью козлового крана (24).

В машинном зале ГЭС расположена маслонапорная установка (МНУ) (22) для обеспечения гидравлического привода лопаток направляющего аппарата.

Посредством вала (18) турбина сочленяется с генератором, образуя единое целое - агрегат. Генератор (21) опирается (вращающаяся часть) через опору (19) на

крышку турбины (20), которая в свою очередь передаёт усилие от всех

вращающихся частей на колонны статора турбины. Для обслуживания всего

оборудования машинного зала предусмотрены мостовые краны (23).

Электроэнершя от генератора через систему токопроводов (25) и повышающий

трансформатор (26) передаётся посредством системы воздушных проводов (27)

и распределительного устройства в электрическую сеть (об этом в следующей

главе).

Турбинные установки с горизонтальными капсульными осевыми турбинами нашли широкое применение на низконапорных равнинных

гидроузлах. Их основное достоинство (и преимущество перед вертикальными

осевыми турбинами) - возможность размещения гидроагрегатов в теле

водосбросной плотины без значительного заглубления, необходимого для

размещения отсасывающих труб. Благодаря осевому (вдоль течения реки)

потоку и простым гидравлически благоприятным формам проточной части,

горизонтальные капсульные турбины имеют большую по сравнению с

вертикальными пропускную способность и соответственно большую,

примерно на 20-25% мощность при одинаковых габаритах рабочего колеса. В

СССР успешно работало более 50 капсульных гидроагрегатов мощностью 18-

20 МВт (Киевская и Каневская ГЭС на Днепре, Череповецкая ГЭС на реке

Шексна). На рис. 5.10 показано сечение здания Киевской ГЭС с

горизонтальным капсульным гидроагрегатом. Ось рабочего колеса (5)

поворотно-лопастной турбины располагается горизонтально. Генератор

размещается в закрытой капсуле (2).

До 1970 г. два самых крупных в мире капсульных агрегата, изготовленные на

ЛМЗ, бытустановлены на Саратовской ГЭС: диаметр рабочего колеса 7,5 м, при напоре

10,6 м единичная мощность 45 МВт. Впоследствии мощные капсульные агрегаты

(единичная мощность 54 МВт) были установлены на ГЭС Рок-Айленд (США).

Как мы уже видели (выражение 5.8), мощность турбины при постоянном напоре будет зависеть лишь от расхода, поскольку КПД изменяется при изменении мощности, но не так существенно, как расход, т.е. изменение

(регулирование) мощности турбины задается изменением расхода воды.

Регулирование расхода производится путём изменения открытия лопаток направляющего аппарата (НА). Максимальная величина открытия НА и

соответственно мощность турбины выбирается и задаётся в процессе её проектирования.

При нормальных условиях работы турбины постоянная частота вращения и установившийся расход поддерживаются системой регулирования,

исполнительным органом которой является НА. Главным начальным звеном

140

системы регулирования является регулятор, который выполняет функции

измерения необходимых параметров и формирует стабилизирующие сигналы.

В современных турбинах применяются электрогидравлические регуляторы

частоты вращения (ЭГР) в старых конструкциях ещё встречаются гидромеханические регуляторы.

га

- с	1„	г
-V

Мане. Ж

Мин, Ш

----

С шш

3 чм±

Рис. 5.10 Здание Киевской ГЭС с горизонтальным капсульным агрегатом

1 - металлический шпунт; 2 - капсульный агрегат; 3 - дренаж;

4 - наружный козловый кран; 5 - рабочее колесо; 6 - трансформатор

При плановых (плавных) изменениях мощности турбины, происхо¬ дящих за достаточно длительные промежутки времени (более 10 секунд), регулирование расхода НА производится также плавно, и процесс в каждый

момент времени следует рассматривать как стационарный (установившийся).

К нестационарным (переходным) процессам, которые возникают при

регулировании турбины, относятся: пуск; резкие изменения мощности

(нагрузки); остановка; сброс нагрузки (мгновенное отключение генератора от

сети); перевод генератора в режим синхронного компенсатора; разгон турбины и его прекращение; наброс нагрузки (быстрый автоматический набор нагрузки при отключении мощных генерирующих источников в энергосистеме).

Нестационарные процессы приводятся к устойчивому режиму системой

регулирования, параметры приведения процесса к устойчивому режиму

(частота вращения, давление в напорном водоводе) носят название гарантии

регулирования. Сбросы и набросы нагрузки являются неизбежными

процессами при эксплуатации энергосистем, поэтому на их последствия рассчитываются турбины и агрегат в целом.

Наибольшие динамические воздействия (нагрузки), связанные с высокой частотой вращения агрегата (крайний случай - разгон),

гидравлическим ударом, пульсациями в проточной части и вибрациями, имеют

место при сбросах нагрузки, а также при закрытии НА турбины, вышедшей в

разгон. Поэтому эти режимы являются основными при проведении расчётов переходных процессов.

При сбросе нагрузки и неисправной системе регулирования и при этом неисправном запорном устройстве (затворе) на водоводе турбины, который «не

сработал» и остается открытым, частота вращения турбины будет быстро

возрастать и через некоторое время достигнет максимальной для данной турбины установившейся величины, которая называется разгонной (угонной)

частотой вращения.

Величина разгонной частоты вращения для турбин с неподвижными

лопастями зависит от открытия НА и напора воды, а для поворотно-лопастных

турбин ещё и от угла установки лопастей. Наивысшая разгонная частота

вращения достигается при полностью открытом НА или вблизи его полного

открытия.

Для поворотно-лопастных турбин наивысшая разгонная частота вращения достигается при рассогласовании комбинаторной зависимости, когда

НА полностью открыт, а лопасти рабочего колеса имеют небольшой угол открытия.

Величину разгонной частоты вращения агрегата приближенно можно

характеризовать коэффициентом разгона, т.е. отношением разгонной частоты

вращения к номинальной кр = пр/пн, который составляет для:

-радиально-осевых и ковшовых турбин кр= i,7-1,9;

-поворотно-лопастных турбин при сохранении комбинаторной

зависимости кр= 2,0-2,2;

-поворотно-лопастных турбин при нарушении комбинаторной

зависимости кр= 2,4-2,6.

Выбор расчётной величины разгонной частоты вращения с учётом

действия противоразгонных устройств имеет большое экономическое значение для генератора (см. главу 6).

Противоразгонные устройства (защита), которыеприменяются в практике

создания турбин, имеют ту или иную величину запаздывания включения в работу.

Поэтому ротор агрегата к моменту начала действия защиты практически достигает

частоты вращения не менее 1,6-1,7 от её номинального значения. Нормами

142

проектирования для деталей турбин задаётся требование не превышения 0,9

предела текучести металла при полной разгонной частоте вращения турбины.

Разгон агрегата и действие защиты от разгона относятся в практике эксплуатации

к аварийному случаю остановки турбины.

При нормальном (исправном) регулировании турбины действие НА при проектировании задаётся таким, чтобы при сбросе нагрузки система

регулирования обладала определенным законом движения НА и законом изменения расхода, при которых повышение частоты вращения агрегата и

давления в напорном водоводе достигали бы минимально возможных значений.

После сброса нагрузки частота вращения повышается до некоторой величины

{псбр ). Разность частот вращения после сброса и до сброса (псбр - п ), отнесённая

кчастоте вращения до сброса («) называется временной неравномерностью

регулирования турбины и характеризуется коэффициентом временного

изменения частоты вращения ф) .

Псбр. ~ П		%	(5.12)
Рп = —	~
	п

Обычно значение коэффициента /3 составляет не более 0,6. Рассчитывая величину рпри проектировании турбины, завод обеспечивает не превышение

её условиями (гарантиями) регулирования, которые затем после монтажных и

наладочных работ проверяются на ГЭС в реальных условиях путём проведения

опытов по сбросам нагрузки.

После сброса нагрузки, если нет никаких повреждений, агрегат не останавливается, система регулирования приводит его через некоторое время к частоте вращения близкой к номинальной, и агрегат остаётся на холостом

ходу в готовности быть вновь включенным в сеть.

Расчёты показывают, что в целях устойчивого регулирования агрегата

инерция ротора, определяемая его маховым моментом (см. главу 6), должна быть возможно большей, а время закрытия НА - возможно малым.

Однако практические возможности увеличения махового момента

ограничены размерами и весом ротора агрегата, а возможности уменьшения времени закрытия НА - прочностью элементов турбинной установки, так как при этом возникает гидравлический удар, который, как мы видели, при большой

скорости закрытия НА (малом времени) сопровождается резким повышением

давления в водоводе и спиральной камере турбины. Поэтому подбираются и

оптимальные параметры вращающихся частей генератора и время закрытия НА

турбины, соответствующие для каждого типа вновь создаваемого агрегата.

Гидравлический удар - явление, возникающее в неустановившемся

движении воды, когда в заданной точке движущегося потока скорость и давление

зависят не только от координат этой точки, но и от времени, т.е. гидравлический

удар - резкое изменение скоростей течения и давлений во времени. Примером

неустановившегося напорного движения может служить давление ударной волны

в подводящем воду к турбине водоводе или отводящем трубопроводе насосной

станции при пуске, остановке и регулировании работы турбин и насосов

143

(закрытием- открытием направляющих аппаратов). Это

в любом напорном водопроводе при быстром закрытии

же явление

задвижек и

возникает кранов.

Ударная волна в напорном трубопроводе

распространяется

почти

в жидкости, которое

мгновенно

и сопровождается

резким изменением давления

передаётся

на

стенки трубопровода и запорное устройство.

реактивных

воздействию при

гидравлическом ударе

турбинах

опасному

подвергаются

спиральные камеры и направляющие аппараты

. В

реактивных

водоводы,

гидравлический удар и обратного

направления

турбинах

может

возникнуть

навстречу

потоку.

При быстром закрытии направляющего аппарата, вода,

, создаёт в зоне

продолжая

движение в отсасывающей трубе к нижнему бьефу

обратного

рабочего

колеса

турбины вакуум, который становится причиной

движения воды в отсасывающей трубе и возникновения удара,

направленного

на рабочее

колесо

вверх вдоль оси вертикально

расположенного

агрегата. В

, что агрегат

практике

такие случаи приводили к большим усилиям настолько

«подпрыгивал»,

отрываясь от опорного подшипника (подпятника), т.е. сила

гидравлического

удара превосходит тысячетонный вес вращающихся

частей

опасное явление

агрегата

может его разрушить. Подобное чрезвычайно

возникнет

и при

перед напорным

быстром закрытии затвора (рис. 5.8, поз 4)

схематично

водоводом

турбины

( .

, поз 6, на

этом

рисунке представлены

рис 5.8

водоприёмник

здание ГЭС Саяно-Шушенской гидростанции).

водоводе

Для

предотвращения

(смягчения) ударной волны в напорном

турбины предусматриваются специальные аэрационные трубы (рис. 5.8, поз. 1),

через которые засасывается воздух при закрытии (сбросе)

быстропадающего

затвора (рис.

5.8, поз.4) и глубокого вакуума не образуется

Для

предотвращения

образования вакуума

в полости рабочего

колеса

реактивных турбин

предусматриваются

специальные клапаны срыва

вакуума,

, в крышку турбины. Эти клапаны

под воздействием

встраиваемые, как правило

через них засасывается воздух

в область

образующегося

вакуума открываются и

рабочего

колеса (имеются конструкции клапанов срыва вакуума, которые

открываются

принудительно от специального

привода при резком подходе

направляющего

аппарата к

положению закрытия). В некоторых

радиально

, а

организуют

осевых турбинах клапаны срыва вакуума не

устанавливают

которого

подсос воздуха в область рабочего колеса через

полый вал,

на

торце

доступ

устанавливают

обратный клапан. Этот

клапан обеспечивает

свободный

воздуха под рабочее

колесо и препятствует выбросу воды в машинный зал ГЭС

через

полый

вал

Таким образом, в отличие от активных
удару может быть подвергнут лишь	напорный
все элементы приточной части могут испытать

турбин, где гидравлическому
водовод, у реактивных		турбин
гидравлический	удар.

5.1

Насосы

их

Строителям гидротехнических сооружений и		эксплуатационникам	ГЭС

практической	деятельности всегда приходится использовать насосы.

144

Потребители

воды

самого

разного

назначения

подавляющем

большинстве

случаев получают

энергетике наиболее

воду, которая подаётся насосами. В гидротехнике крупными потребителями воды являются ТЭС и АЭС.

социальной

сфере

насосы

незаменимы

водоснабжении


теплофикации, канализации; в сельском хозяйстве	-	в системах		ирригации
др. Насосные агрегаты достигают единичной	мощности		тысяч		кВт,
обратимые насосы- турбины, как мы видели, сотен тысяч кВт.

и а

схеме

Работу насосной установки можно рассмотреть на принципиальной

(рис. 5.11). Основными элементами установки являются насос, имеющий

входной

(

всасывающий

)

выходной

(

напорный

)

патрубки

также

подводящий

(всасывающий) и напорный трубопроводы.

ate	L
•	<
	<	г	ВБ
			ВБ

			Насос				6
			Насос			2	*
		1	-	гЛ		2	*
				гЛ

		f			Vi
		1			Vi		4
	3	1					4
	3	*
		*
О		ГНБ					О
							О

				-	®\|
					®\|

	~
	Г\
	Р
двБ	5
	5

Рис

5.11

Принципиальная

схема

насосной

установки

входной

(всасывающий)

патрубок;

выходной

(

напорный

)

патрубок;

подводящий

(всасывающий) трубопровод; 4	-	напорный

5 - резервуар с избыточным давлением

трубопровод

;

Выделяют

следующие

показатели

насосной

установки

	Статический или геометрический напор (#			т	),	представляющий
				т			Нст		высота, на
собой	разность отметок в верхнем		и нижнем бассейнах,		т.е.		Нст	-
собой	разность отметок в верхнем		и нижнем бассейнах,		т.е.
которую поднимается жидкость.
которую поднимается жидкость.							(рис. 5.11)
	Нст = VBE	-ШБ , м					(рис. 5.11)
	'
	Если жидкость подаётся в		резервуар, в котором			поддерживается
избыточное давление / , как показано на рис. 5.11 поз. 5,				то статический напор
равен:		’
равен:

145

где:

	"		,	м
Hcm	= VBE -VHE +	j		м
Hcm				’
				’
	у - удельный вес перекачиваемой
	Р - давление в			, кг/см .
		резервуаре			2
		резервуаре

жидкости,

(5.12)

кг/м	;
3

Примером		такой	насосной установки	являются	маслонапорные
Примером				энергии для питания			маслом
	. Они служат аккумуляторами						маслом
	. Они служат аккумуляторами
установки турбин			регулирования турбины и обеспечивают			энергией
под давлением системы						энергией
под давлением системы							а также
гидравлический	привод поворота лопаток направляющих аппаратов,						а также
гидравлический			.
			.
лопастей в турбинах Каплана

Высота всасывания ( Hs
насоса и	поверхности в нижнем
	.
уровнем	в нижнем бассейне
уровнем

), представляющая

собой

бассейне	, т.е.	- высота
бассейне		Hs

разность отметок

установки насоса

оси над

Одним из главных			параметров	,
Одним из главных			жидкости (Q
является		подача (расход)	жидкости (Q
насосом	в напорный патрубок в единицу
насосом

		работу насоса
характеризующих			,
		, подаваемой
), т.е. объём жидкости			/час.
времени л/с, или м	/с, или м
3		3

Давление во

входном патрубке

при Hs>0 всегда

.е.

ниже атмосферного

там всегда

вакуум,

величина которого

определяется

двумя показателями

высотой всасывания

переменной составляющей, зависящей от

подачи

насоса Q.

Значение

переменной

составляющей

тем

больше

, чем больше

, определяемый

потерь (&) во всасывающем

коэффициент

. С ростом

вакуум во входном патрубке возрастает.

основном его размерами

давление

не

может

упасть

ниже нуля, принимая

во

Поскольку

абсолютное

внимание, что

обычная

вода не сопротивляется разрыву сплошности то Hs

всегда должна

быть меньше 10 м

предельная

собой разность удельной

энергии

Напор

насоса (Я)

представляет

жидкости

напорном

патрубке

во

входном

патрубке,

т.е. он

(напор)

какое

количество

энергии

сообщается

насосом

единице веса

показывает

трубопровод

жидкости,

поступающей в напорный

(5.13)

Я =

/z,

ст

потери напора

по

длине

местные

потери (

/г)

Суммарные

квадрату подачи Q,

т.е. Д/г = kQ

. Следовательно, Я

пропорциональны

насоса, необходимый для работы насосной установки

+kQ2, т.е. напор

состоит из двух частей: постоянной (статической)

, зависящей от

переменной

величины

подачи Q.

. Энергия,

передаваемая

насосом

перекачиваемой

Мощность

насоса

(5.13), равна

кг

м/кг.

Весовой

расход

выражению

жидкости,

согласно

с.

Следовательно, мощность

передаваемая жидкости,

жидкости

y Q кг/

м/с =

= yQH, кг-

м/с,

, что

102

кг

кВт, получим

Мж

или учитывая

(5.14)

146

где:

у Q Н

- - -

удельный	вес,
3
расход, м /с;
напор, м.

кг/

м3;

Не жидкости получим:

вся мощность, развиваемая двигателем
. Потери учитываются КПД (	77	), т.е. N

на	валу
^
= А	/ .
		77

(.N), передаётся

Используя 5.14

лг	УаН

Фактически мощность двигателя
	принимается
выше расчётной по (5.15).

(5	-

запасом,

15) на

15	-
	20

Существует

несколько

видов

насосов

Объёмные

насосы

гидродвигатели работают на принципе вытеснения жидкости поршнем,
совершает возвратно-поступательное движение. Особенность таких
(это и их недостаток) в	том,	что жидкость движется толчками.
i	vs	2

который насосов

вп

-А

Рис

вп

5.12

Схемы

нп	:

а) винтового, 6) шестеренчатого

насосов

ведущая

шестерня (винт

4 - входная

.); 2 - ведомая шестерня (винт

труба; 5 - напорная труба

)

;

корпус;

147

<<< < Предыдущая 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 / 5515 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке Книги

#
06.11.201740.8 Mб4721bryzgalov_v_i_gordon_l_a_gidroelektrostantsii.pdf
#
31.10.201958.17 Mб24obrezkov_v_i_gidroenergetika_2_oe_izd.pdf
#
13.09.201817.44 Mб126Rumyantsev_B_M_i_dr_Sistemy_izolyatsii_stroitelnykh_konstruktsiy_2016.pdf
#
14.04.20205.2 Mб26s_electro.pdf
#
26.04.202010.23 Mб49verhvolga.pdf
#
13.09.20182.08 Mб1003А.А. Ионин, В.А. Жила, В.В. Артихович, М.Г. Пшоник ГАЗОСНАБЖЕНИЕ. Под общей редакцией профессора В.А. Жилы.pdf