Книги / 1bryzgalov_v_i_gordon_l_a_gidroelektrostantsii
.pdfУстановленная |
мощность ГАЭС во |
всем мире уже превысила 20 млн. кВт |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гидроресурсами |
растет |
|||||||||||||||||||
и в технически развитых странах с ограниченными |
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
это |
современными |
||||||||||||||||||||||||||
быстрее, чем |
мощность ГЭС (таб. 2.8). |
Объясняется |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
Прежде |
|
|
|
, |
это |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
всего |
|
|
|
|
|||||||||
условиями производства и |
потребления |
|
электроэнергии |
пиковую |
мощность |
||||||||||||||||||||||||
вызвано |
необходимостью иметь в достаточном количестве |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
спад |
|
кривой |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
для графика |
|
нагрузки |
|
является |
|
|||||||||||||||||
(рис. 1.18). |
|
Характерным |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
утренние часы |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
, |
резкое |
возрастание в |
|
|||||||||||||||||
потребления |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
||
|
|
счет включения промышленной нагрузки, и |
максимум |
в вечерние |
|||||||||||||||||||||||||
в основном за |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нагрузка |
|
|
|
|
|||||||
часы, когда суммируются |
промышленная |
|
и |
возросшая |
бытовая |
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
графика |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Применение |
ГЭС в качестве источника покрытия пиковой части |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
гидростанциям |
ограничения. |
|
Иногда |
|||||||||||||||||||||
нагрузки имеют свойственные некоторым |
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
их |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
нагрузки |
, так |
как |
|
снижение |
|||||||||||||||||||||||
приходится |
|
использовать |
ГЭС в базисе |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
сбросы |
воды либо |
для |
||||||||||||||||||||||||||
|
провал |
нагрузки вызывает |
холостые |
|
|||||||||||||||||||||||||
мощности в |
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
, либо постоянного |
попуска для обеспечения |
||||||||||||||||||||
поддержания |
санитарного расхода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, что связано |
с |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
нереста рыб |
и тому подобным условиям |
|
водопользователей |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
потерей
электроэнергии
.
может
Кроме того |
работая в |
|
не хватить |
, |
|
мощности |
||
|
|
|
базисе нагрузки |
по |
ГЭС для покрытия |
|
условиям |
водопользователей |
, |
|
|
пиков нагрузки.
Для |
покрытия дефицита пиковой нагрузки, |
|
|
, стали |
|||
как уже отмечалось |
|||||||
все больше применять ГАЭС. В часы минимума |
потребления |
избыточная |
|||||
в напорные |
|||||||
мощность |
ТЭС |
и АЭС используется для накачивания воды |
|||||
бассейны |
ГАЭС |
(рис. 1.18), а в часы максимума потребления |
электроэнергии |
||||
|
на ГАЭС вода обеспечивает ее работу по покрытию пиковой части |
||||||
запасенная |
|||||||
|
|
|
|
|
|||
графика
нагрузки
.
|
ГАЭС подразделяют на несколько типов, как по применению в них |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
, |
так и |
по характерным |
|
|
|
|
|
. Установки, вырабаты |
|
|
|||||||||||||||||||||||
оборудования |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
особенностям |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¬ |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
счет |
гидроаккумулирования |
при |
одинаковых |
|||||||||||||||||||||||
вающие электроэнергию только за |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
режимах |
, |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
и в турбинном |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
пределах изменения |
|
|
|
|
|
, |
как |
в насосном, так |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
напоров |
|
|
|
установки |
показана на |
|
|
. |
7.19. |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
чистыми ГАЭС. Схема такой |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
называются |
рис |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вырабатывается |
как за счет |
|||||||||||||||||
|
Установки |
, в которых электроэнергия |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
счет гидроаккумулирования |
, |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
использования |
естественного |
стока, |
так |
и за |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
ГАЭС. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
называются |
смешанными ГЭС |
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
всех |
ПЭС |
. |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
В последнее время гидроаккумулирование стали применять на |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Для |
чистых ГАЭС |
в |
естественных |
условиях требуется |
наличие |
двух |
|||||||||||||||||||||||||||||||
близко |
расположенных |
водоемов на |
разных |
уровнях |
. В природе |
таких |
удачных |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
расположенных |
близко |
к |
центрам |
потребления |
||||||||||||||||||||||||||||||||
сочетаний |
|
и |
к |
тому |
же |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
естественный |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
, поэтому |
чаще |
изыскивается один |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
электроэнергии |
немного |
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
Один из примечательных |
проектов |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
водоем, а другой |
сооружается |
искусственно |
|
|
|
|
|
|
|
|
. 2.11. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
подземным |
резервуаром показан на |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
ГАЭС с |
искусственным |
рис |
|
|
|
потери |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сооружения |
и значительные |
|||||||||||||||||
|
Несмотря |
на значительную стоимость |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
электроэнергии |
, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
энергии в процессах |
гидроаккумулирования |
и выработки |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
объясняется повышением |
КПД |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
применение |
ГАЭС экономически оправдано и |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
ТЭС и |
среднего КПД |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
энергосистемы на несколько процентов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
308
C 0 |
? |
)296 |
|
|
: |
[ |
|
|
|
|
|
Ж |
|
|
|
г -
!
3 |
|
\ |
|
|
:л |
V’
х V
л% |
|
1 |
Г |
\ |
] |
Г |
|
|
- • |
||
|
|
• |
|
|
а |
? |
|
|
|
||
|
. |
|
|
LL |
гт |
||
|
|
JL |
|
~ |
|
|
* |
J |
|
|
|
/ \\AA |
|
|
|
т «г |
|||
' |
* |
|
|
|
|
|
|
I I?
ЙГ
|
-; |
• |
лл |
|
“ |
9 |
|
/
K7 |
H.E. Z |
|
£5 |
Рис
.
7.19
Схема гидроустановки чистой ГАЭС Кисеньяма |
|
с вертикальной обратимой |
турбиной |
|
|
(
Япония
)
1
-
водохранилище; 2 - водозабор |
' |
3 |
- напорный |
водовод: 4 |
- шахта с лифтом: |
||||
|
5 |
; |
6 |
- генератор: |
7 - обратимая турбина: |
||||
|
- подземное здание Г4ЭС |
|
|
||||||
|
|
- |
|
|
труба: 9 |
|
уравнительный резервуар |
||
8 |
- отсасывающе всасывающая |
|
- |
|
|
; |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 - соединительный воздушный канал |
: |
||||||
|
|
11 - подводящий и отводяший канал нижнего |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
бассейна |
|
Экономическая
эффективность
ГАЭС
определяется
как
разность
в
стоимости
выработанного
I
кВт
ч
в
энергосистеме
до
и
после
ввода
в
строй
ГАЭС. Эффективность увеличивается: с уменьшением |
|
таловложений. |
увеличением КПЛ цикла ( турбина - |
установленной |
мощности, коэффициента использования |
удельных |
капи |
|
¬ |
насос |
), |
напора |
|
, |
|
оборудования и |
||
степени автоматизации процесса |
. КПД никла 1] . определяется потерями |
||||||||
|
|
|
|
|
- - 0.81-0.85 ). так и |
|
|
|
в |
установке |
как |
при насосном |
( 7 |
/ |
при |
генераторном |
|||
( Г) , - 0.84 |
-0.N |
7 ) режимах и в |
среднем приближается к |
1] : |
0.7 |
( |
в лучших |
||
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
установках
р
достигает
0.
о
)
.
чем
в
Капиталовложения на 1 кВт установленной мощности в
ГЭС. По имеющимся данным в США они составляют от
ГАЭС меньше,
50 |
до 120 |
. |
|
|
долл |
При
затратах
больше
130
долл
,
на
1
кВт
капиталовложения
считаются
|
. |
|
|
|
|
|
|
неконкурентноспособными |
|
|
|
|
|
|
|
Наилучшими |
для использования в ГАЭС являются напоры от 200 |
м |
до |
||||
500 м. при меньших |
напорах расi |
> |
т капиталовложения на 1 |
кВт. |
|
|
|
По данным |
комиссии ООН на 1968 и. если принять |
удельные |
|||||
капиталовложения ГАЭС с установленной мощностью А = |
400 МВт за 100%, |
||||||
то для ГАЭС с А = 1100 МВт они снизятся до 70°о. а для А = 3000 |
МВт |
- |
до |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
309
55%. Кроме |
того, с |
увеличением |
мощности агрегата растет влияние |
||
масштабного |
эффекта, |
в результате |
чего увеличивается КПД. Отсюда ясна |
||
тенденция к повышению мощности |
современных ГАЭС. Известны проекты |
||||
ГАЭС с |
установленной |
мощностью 3000 МВт и единичной мощностью |
|||
|
|
||||
агрегата
700
МВт.
Автоматизация современных |
ГАЭС и |
ГЭС весьма высока |
, |
что |
|||
уменьшает |
эксплуатационные расходы. Штатный коэффициент ( чел |
|
МВт |
||||
|
мощности) в современных ГАЭС составляет 0.025-0.06 |
чел/МВт. |
|||||
установленной |
|||||||
тогда как на |
ТЭС он близок к 1 чел МВт. |
и ГЭС. повысить |
качество |
||||
|
|
, |
также как |
||||
Применение ГАЭС позволяет |
|
|
|
|
|
||
вырабатываемой электроэнергии. На ГАЭС агрегаты, как правило способны |
|||||||
|
|
|
|
, |
|
|
|
работать в |
режиме СК. поглощая |
вредную |
реактивную энергию в |
||||
энергосистеме |
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
В проектах перспективного развития |
энергосистем |
||
, изложенные в |
настоящем разделе, а также в |
п |
|
|
|||
особенности |
|
|
|
.
учитываются 2.4.
все
7.3. 7. |
Некоторые |
оборудования |
|
вопросы
проектирования
технологической
части
и
Уже отмечалось, что |
проектирование ГЭС на |
основе |
материалов |
||||||
|
|
одной из |
|||||||
изысканий начинается с водноэнергетических расчётов. Они являются |
|||||||||
|
|
|
|
|
, сами |
по |
себе эти |
||
важнейших частей проекта, однако, как уже было сказано |
|
|
|
|
|||||
расчёты |
|
недостаточны для выбора параметров ГЭС. Водноэнергетические |
|||||||
|
должны производиться параллельно с энергетическими |
расчётами |
|||||||
расчёты |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
задачей |
|
которых является |
определение |
роли проектируемой |
ГЭС в |
||||
|
|
в частности, т.е. при |
|||||||
энергетической системе в целом и в конкретных регионах |
|||||||||
расчетах |
определяются требования, которые энергосистема с учётом интересов |
||||||||
региона |
диктует режиму ГЭС. в том числе по составу и объёму |
гидросилового |
|||||||
|
|
|
|
||||||
и
электротехнического
оборудования
.
Проектирование |
гидротурбин. На ГЭС |
устанавливаются |
турбины |
||||||||||||||
различных |
систем, количество |
устанавливаемых |
на каждой станции турбин |
||||||||||||||
|
|
|
|
или |
иной |
||||||||||||
зависит от |
установленной |
мощности ГЭС и расчётного напора. |
Тот |
||||||||||||||
|
зависит от принятого типа |
здания |
ГЭС, от типа |
||||||||||||||
вид компоновки агрегата |
|||||||||||||||||
турбины, |
определяемого |
величиной |
будущего напора, от |
её |
размера |
, |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
вращения и типа |
генератора |
|
||||||
определяемого |
заданной мощностью от частоты |
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|||||||
а также от некоторых других факторов. Поскольку |
в нашей |
стране |
тип |
||||||||||||||
активных турбин не |
получил широкого распространения, то здесь в кратком |
||||||||||||||||
|
затронутой темы рассматриваются лишь реактивные турбины |
|
|
||||||||||||||
изложении |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
сочетания указанных факторов стремятся найти |
||||||||||||||
Для |
разного |
||||||||||||||||
оптимальные |
компоновки |
агрегатов, дающие наиболее |
экономичное |
решение |
|||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
здания ГЭС в целом. |
|
|
|
|
|
|
||||||||
не только для самого агрегата, но и для |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
турбин
Компоновка |
агрегата занимает важнейшее |
место |
|
|
|||
. В последнее время для ГЭС получила |
признание |
||
|
|
||
при проектировании |
|
компоновка |
агрегата |
|
|
310
с двумя подшипниками и генератором зонтичного типа с опорой подпятника на |
|||||||||||||
крышку |
|
. Вал |
турбины |
и генератора |
выполняется |
единым. |
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
турбины |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Достоинством такой компоновки являются минимальные осевые размеры |
|||||||||||||
. |
Однако |
использование |
такого решения ограничивается |
условиями |
|||||||||
агрегата |
|
|
генератора (трудности выполнения проходов к |
узлам |
|||||||||
обслуживания турбины и |
|||||||||||||
). Поэтому при небольших |
размерах диаметра |
рабочего |
колеса |
- |
менее |
||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
агрегата |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
компо |
|
|
5 м осуществление такой конструкции затруднено. Пример ряда |
¬ |
||||||||||||
новочных схем вертикальных турбин представлен на |
. |
|
|
|
|
|
|
||||||
рис. 7.20 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
а |
|
'- |
|
й7 |
|
||
ге |
|
1 |
~с:а |
??7 |
|||
* |
|
|
|
Г~
2
г. |
вал |
у~С |
|
рсге |
|
|
|
|
* |
|
’ |
|
|
|
|
6
[
Единой Сал
:.Ч
'
Ж |
ч |
|
|
|
• |
|
|
> |
|
Вх |
|
Г |
; |
|
|
|
|
|
: |
|
2 |
V |
|
и
Ь |
Единый |
бал |
Вал генератора
Зал vypdu/im
7
-
6
Рис
.
7.20
Варианты
компоновки
вертикальных
турбин
а)
-
агрегат с двумя
с тремя подшипниками с подвесным генератором; б) |
- |
агрегат |
|
подшипниками |
с генератором зонтичного типа с опорой на |
||
нижнюю
крестовину
;
в
)
-
агрегат
с
двумя
подшипниками
с
генератором
зонтичного
типа
с
опорой
на
крышку
турбины;
г
)
-
агрегат
построен
по
схеме
(
в
)
,
но
маслоприёмник
турбины
не
выступает
за
пределы
генератора
;
1
-
подпятник: 2 - верхняя крестовина: 3 |
- статор генератора: 4 |
- нижняя |
||
|
: 7 |
- |
маслоприёмник |
|
5 - статор турбины: 6 - опора подпятника |
|
|
||
крестовина
;
311
Следует |
обратить |
внимание на |
схему |
компоновки |
( рис. |
7.20 |
г), |
||
|
|
для зданий ГЭС.через которые организуются |
водосбросы |
|
|||||
применяющуюся |
|
|
или |
||||||
|
|
|
|
||||||
для
открытых
зданий
без
машинного
зала
.
На
рис.
7.21
представлены
характерные
компоновки
горизонтальных
турбин. В компоновке
отсасывающей трубой (2
( а ) - горизонтальная турбина |
( 1 ) |
с |
изогнутой |
||
). Рабочее колесо удерживается |
подшипником (3 |
) |
. |
||
|
|||||
Генератор
соединяется
муфтой
с
валом
турбины
(
4
)
.
В |
компоновке |
( б) |
представлена |
схема |
шахтного |
агрегата |
|||||||||
(полупрямоточного), где подвод воды происходит |
по каналам |
( |
) |
омывающим |
|||||||||||
|
1 . |
|
|
||||||||||||
бетонную шахту (6) генератора |
(2). |
Перед рабочим колесом |
(4) расположен |
||||||||||||
|
|
|
|
|
( |
3) |
а за колесом |
- |
статор турбины |
( 7 . |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
) |
||||||||
направляющий |
аппарат |
турбины . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
На
схеме
(
в
)
представлена
компоновка
прямоточного
агрегата,
где
:
прямоосный |
канал ( 1); входные (2) и выходные ( 6) |
опорные |
|
осевой направляющий аппарат |
(3); рабочее колесо |
турбины |
|
обхват лопастей расположен |
; статор |
||
ротор генератора |
|
||
|
|
|
|
|
; |
ребра |
(колонны) |
||||
. |
на |
котором |
в |
||
(5) |
|
|
|||
генератора |
( 4); |
||||
|
|
||||
прямоосная
отсасывающая
труба
(
7).
4
6)
,2
'//////////л 3
4
5
В последнее время |
наибольшее |
|||||||||
распространение |
получили |
горизонталь |
¬ |
|||||||
ные турбиныс |
расположениемгенератора |
|||||||||
в металлическом кожухе |
|
- |
капсуле. |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Применение |
шахтного |
|
исполнения |
|||||||
- |
за |
|
сложности |
гидротехни |
||||||
затруднено из |
|
|
|
|
|
|
|
|
¬ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
пря |
|
|
ческих сооружений а применение |
|
|
¬ |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
моточной схемы |
усложняется |
условиями |
||||||||
уплотнений и |
трудностями |
соединения |
||||||||
обода ротора с поворотными |
лопастями |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
поэтому такие |
схемы распространения |
не |
||||||||
получили. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
6 |
7 |
|
|
|
||
z |
; |
5 |
% |
|
|||
|
|
||
|
|
|
6
Рис. 7.21 Схемы компоновки |
||
горизонтальных |
турбин |
|
|
||
а) горизонтальная турбина с |
||
|
|
; |
изогнутой отсасывающей трубой |
||
б) полупрямоточная турбина; |
||
в) прямоточная |
турбина |
|
|
|
|
Для выбора турбин при |
наиболее |
|
распространенных |
схемах использования |
|
водотока на ГЭС в нашей стране |
||
|
|
создана |
номенклатура типов |
|
|
|
|
|
|
|
. |
|||||
реактивных турбин |
|||||||||||||
На рис. 7.22 |
представлен сводный график |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
турбин |
|
|
|
|
||
областей |
применения |
|
|
, вошедших |
|||||||||
в |
номенклатуру. |
|
График |
дан |
в |
||||||||
логарифмических |
|
координатах. |
В |
||||||||||
|
|
||||||||||||
номенклатуре для |
напоров 3-500 м |
и |
|||||||||||
мощности до 900 |
000 |
кВт |
принято |
всего |
|||||||||
|
|
||||||||||||
17 |
типов |
|
рабочих |
колёс |
( |
девять |
|||||||
поворотно-лопастных |
|
и |
восемь |
||||||||||
радиально |
-осевых) |
с |
диаметром |
100- |
|||||||||
1050 см. |
Границы |
мощности |
каждой |
||||||||||
области |
|
определяются |
принятыми |
||||||||||
максимальными |
и |
|
минимальными |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
312
диаметрами |
рабочих |
колёс |
|
соответствующих |
наклонных |
||
|
|
||
D . |
. |
|
nin |
линий. |
|
D
. irw
.
На
графике
они
проставлены
у
Граница напоров для |
каждой области установлена |
|||||
|
|
|
|
|
|
, |
допускаемых |
целесообразных |
высот отсасывания |
Hs |
. а |
||
|
|
|||||
прочности лопастей |
рабочих |
колёс. |
|
|
||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
исходя из обычно
также из условий
В номенклатуру включены частные графики областей |
применения |
|||
|
отдельных серий. Частные графики построены в тех же |
координатах |
||
турбин |
|
|
|
, |
что и сводный график, но с дополнительными данными, позволяющими |
||||
|
|
. Эти частные |
графики |
|
|
|
для |
||
определять размеры турбины и частоту её вращения |
|
|
||
номенклатурных |
колёс приводятся в справочниках и используются при |
|||
предварительных
расчётах
турбин
.
Л кВт |
|
' |
|
1000 |
000 |
800000 |
|
600000 |
|
400000 |
|
300000 |
|
200000 |
|
150000 |
|
юоооо |
|
60000 |
|
|
* |
ШШй |
||
|
а |
|
|
И |
Ж22 |
|
|||
|
подо |
|||
Ж |
|
|
05 |
к |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Л60 |
|
|
Щт |
|
Щ |
||
|
|
|
|
|
= |
85 |
|
|
|
|
*~ |
||
|
|
|
|
Dfmax |
БООсн |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
I |
|
1 |
Р0170 |
г |
РОЗ: |
|
|||
|
|
|
||||
|
P02J0 |
moo |
||||
PQ115 |
1- |
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
60000
40 |
000 |
30000 |
|
20000 |
|
75 |
000 |
70000 |
|
8000 |
|
6000 |
|
S'
П015
л |
у |
|
'"У
7 |
4 |
ISBPI |
|
'
Р075
?
° |
г |
|
20 |
|
180 |
М |
||
|
|
Dimin |
|
|
' |
С*
§
4 |
000 |
|
3000 |
|
|
2000 |
|
|
1500 |
|
|
7000 |
- |
|
|
800 |
- |
|
600. |
|
|
500 |
|
ПОЮ |
|
|
ж |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ж |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
20 |
|
2832364050 |
60 |
708090 |
120 |
760 |
200 |
||
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
310 |
121416 |
24 |
|||||||
300
400 |
500 |
Н, |
|
м |
|
Рис
.
7.22
Сводный
график
областей применения гидротурбин
крупных
номенклатурных
Создание номенклатуры сыграло очень большую роль |
в |
развитии |
||||||
отечественного |
гидротурбостроения |
. |
Номенклатура |
способствовала |
||||
|
|
позволила |
выявить области |
|||||
|
|
, |
||||||
|
|
|
||||||
систематизации разработанных серий гидротурбин |
|
|
|
|||||
и
направление
дальнейших
исследований.
В
нижеследующей
таблице
приведены
данные
некоторых
крупнейших
радиально-осевых
турбин,
установленных
на
гидростанциях
мира
в
последние
годы.
313
Крупнейшие
Таблица 1.7.
радиально-осевые
турбины
|
|
|
Мощность |
|
Напор. |
|
|
Диаметр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рабочего |
|
|
|
|
|
|||
Наименование ГЭС |
I |
тербины. |
|
|
|
|
|
Страна |
|
|||||
|
м |
|
|
колеса. |
|
|
|
|||||||
|
|
|
' |
МВт |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Саяно-Шушенская ГЭС |
|
|
650 |
|
194 |
|
|
6.5 |
. |
|
Россия |
: |
||
Красноярская ГЭС |
|
|
508 |
|
93 |
|
| |
7.5 |
|
Россия |
||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Нурекская ГЭС |
|
|
зю |
|
230 |
|
|
4.75 |
|
|
Таджикистан |
1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Ингури ГЭС |
|
|
265 |
|
325 |
|
|
4.5 |
|
|
Грузия |
|
||
Братская ГЭС |
|
|
230 |
|
96 |
|
|
5.5 |
! |
|
Россия |
|
||
Асуанская ГЭС |
|
|
160 |
|
62 |
|
|
7.5 |
|
|
Crime |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Гренд - Кули |
|
|
614 |
|
87 |
|
|
9.0 |
|
|
США |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Черчилл |
- Фоллз |
|
|
480 |
|
313 |
|
|
- |
|
|
Канада |
! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кабора Басса |
|
|
405 |
|
102 |
|
|
- |
|
|
Мозамбик |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Портидж - Маунтин |
|
|
261 |
|
152 |
|
|
- |
|
|
Канада |
|
||
Альканштра |
|
|
243 |
|
96.5 |
|
|
- |
|
|
Испания |
|
||
Мальпасо |
|
|
218 |
|
95.5 |
|
|
- |
|
|
Мексика |
|
||
Эсперейто |
|
|
192 |
|
- |
|
|
6.0 |
|
|
Бразилия |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Итайпу |
|
|
|
715 |
|
118.4 |
|
|
8.6 |
|
|
Бразнлия- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Парагван |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Гури |
|
|
|
218 |
|
- |
| |
|
5.2 |
|
|
Венесуэла |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Луистон |
|
|
|
169 |
! |
92 |
|
|
|
|
США |
|
|
|
Сейтевара |
|
|
222 |
|
167 |
|
|
- |
|
|
Швеция |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Конструкция
турбин
во
многом
зависит
от
напора
волы
для
проектируемой ГЭС. Для низконапорных ГЭС
усложняет их изготовление и транспортировку.
габариты турбин велики |
чго |
, |
|
Для высоконапорных турбин |
|
особое значение
нагрузок.
приобретает
прочность
конструкции
вследствие
больших
и
Мощная турбина состоит
механизмов (направляющий
из большого количества
аппарат, подшипники,
разнообразных сервомоторы.
узлов МНУ.
регулятор турбины и
размеров.
, |
, |
рабочее |
колесо |
крышка |
||
частоты вращения |
спиральная камера |
|
, |
|
||
др.), которые, в свою очередь, составлены из |
деталей |
самых разных |
||||
|
|
|
|
|
||
Условия
работы
деталей
турбины
весьма
разнообразны
:
некоторые
, создавая |
проточную |
часть |
турбины |
непрерывно |
заливаются в бетон |
|
|
||
|
|
|
, |
|
под воздействием потока воды; другие находятся под воздействием |
||||
находясь больших
постоянных непрерывного
или переменных
трения и износа.
нагрузок
;
третьи
работают
в
условиях
314
Проточная часть турбины и |
очертания её отдельных |
элементов: |
|||
спиральной камеры, направляющих |
и |
рабочих лопаток направляющего |
|||
аппарата, камеры рабочего |
колеса |
и |
отсасывающей трубы |
- |
должны |
обеспечивать оптимальные |
энергетические и кавитационные |
свойства |
|||
турбины
.
Оптимальная форма проточной части определяется |
с |
||
гидродинамических расчётов и экспериментальных |
исследований |
||
|
установок (модельные исследования |
см. гл. 5 . |
|
лабораторных |
|
) |
|
|
|
|
|
помощью на стендах
Проточная кавитационные и
часть турбины определяет другие эксплуатационные
не только энергетические,
качества агрегата, но и его
габариты и заглубление здания ГЭС в целом. |
Проточную часть стремятся |
|||||
проектировать с минимальными размерами. |
После выбора формы |
всех |
||||
элементов проточной части турбины производится конструирование |
|
|
|
|||
|
|
|
деталей |
|||
турбины. Все детали должны быть прочными, надёжными в эксплуатации |
и |
|||||
обеспечивать длительную работу турбины без выхода их из строя. |
|
|
|
|||
В |
процессе |
проектирования и компоновки таких деталей, как |
||||
спиральная камера, |
статор, кольца НА. камера РК, крышка турбины, имеют |
в |
||||
виду, что |
они выполняют в машине двойную роль: образуют проточный |
тракт |
||||
турбины |
и создают компактный надёжный и |
прочный корпус машины |
, |
|||
поддерживающий вращающуюся часть турбины - колесо с валом и привод для |
||||||
регулирования
НА
.
При создании конструкции отдельных деталей и узлов проектируемой |
|||
турбины должны использоваться удачные решения, примененные на прежних |
|||
турбинах, а также жсплуатационный опыт на действующих ГЭС. |
|
||
В процессе компоновки турбины, проектирования её деталей должны |
|||
учитываться технологические |
возможности |
существующего производства |
или |
|
|||
реального его развития в процессе |
|
транспортировки |
узлов и деталей |
|
|
изготовления турбины,
на место монтажа.
а
также
возможности
Выбор |
|
производить |
|
гидростанции |
|
оборудования |
, |
|
|
|
|
мощности турбин крупной ГЭС |
||
целесообразной |
|
|
необходимо |
|
с учётом |
выбора |
параметров остального |
оборудования |
|
- |
генераторов |
, |
трансформаторов |
, |
другого |
электротехнического |
||
|
|
|||||||
а |
также затворов |
кранового |
оборудования и др. |
|||||
|
|
|
, |
|
||||
Оптимальные по технико-экономическим показателям |
параметры |
|||||||||||||
турбин могут не совпадать с |
оптимальными показателями |
сооружений |
и |
|||||||||||
, |
||||||||||||||
остального оборудования ГЭС, |
поэтому |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
возникает необходимость сближать их |
||||||||||||||
иногда пренебрегая некоторыми во |
имя наиболее |
выгодного |
технико |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¬ |
|
экономического проектного решения |
в |
целом. Важным фактором является |
||||||||||||
|
|
|
|
|
части |
здания ГЭС во |
многом |
|
|
|
|
|||
стоимость сооружения силовой |
|
|
. |
|
зависящая от |
|||||||||
параметров турбины. Поэтому только комплексное рассмотрение и |
анализ |
|||||||||||||
основных |
параметров |
и |
технико-экономических |
показателей |
всего |
|||||||||
оборудования гидростанции |
и |
здания |
ГЭС могут определить |
наиболее |
||||||||||
целесообразные параметры турбин по |
её надёжности - бесперебойности |
|||||||||||||
выработки электроэнергии и минимуму денежных затрат. |
|
|
|
|
|
|||||||||
315
Исходными |
материалами для выбора основных |
параметров |
||||||
применительно |
к |
заданным |
|
условиям |
их |
работы, служат |
||
универсальные |
характеристики |
, полученные на основе |
испытаний |
|||||
|
|
|
(см. гл. 5). |
|
|
|
||
номенклатурных рабочих колёс |
|
|
|
|||||
турбин, главные моделей
Особое внимание уделяется расчётам, связанным с регулировочными |
||||||||||||||
характеристиками |
, в частности, обеспечивающими гарантированную |
работу |
||||||||||||
|
|
|||||||||||||
турбины совместно с генератором. |
|
|
|
|
|
|
||||||||
Сопряжение |
генератора с турбиной имеет существенные сложности. |
|||||||||||||
Турбина |
без |
нагрузки |
может развивать частоту вращения, значительно |
|||||||||||
той, |
которая соответствует максимальному КПД |
турбины. |
|
|
||||||||||
большую |
режим |
|||||||||||||
Чтобы |
экономично использовать энергию воды, номинальный |
|||||||||||||
турбины |
рассчитывают при максимальном |
КПД. Поэтому если при |
||||||||||||
номинальной |
нагрузке, когда проходящий через |
турбину поток воды, |
создает |
|||||||||||
|
|
|
|
, происходит |
внезапный |
сброс |
нагрузки |
с |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
номинальный |
крутящий момент |
(почти до нулевого значения |
||||||||||||
|
|
, т.е. |
происходит резкое снижение |
|||||||||||
генератора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
) |
||
|
|
|
|
|
момента, агрегат за |
несколько секунд |
может |
|||||||
противодействующего |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
. |
||||||||
раскрутиться до |
скорости, равной максимальной частоте вращения турбины |
|||||||||||||
|
||||||||||||||
Для |
предотвращения увеличения частоты вращения агрегата при сбросе |
|||||||||||||
нагрузки |
с генератора |
требуется уменьшить почти до нулевого значения |
||||||||||||
момент, |
|
|
|
|
|
|
|
. Это |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
крутящий |
создаваемый потоком воды, проходящим через турбину |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
, которая действует |
на закрытие |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
выполняется системой регулирования турбины |
|
на лопасти рабочего |
колеса |
|||||||||||
направляющего |
аппарата (НА), и подача воды |
|||||||||||||
турбины
почти
полностью
прекращается
.
При своевременном закрытии НА (исправное его состояние) агрегат |
|
успевает |
достичь частоты вращения на 30-35% выше номинальной, поскольку |
регулятор
обладает
некоторым
запаздыванием.
В |
|
случае неисправной работы |
регулятора, |
когда |
после |
|
|
сброса |
|||||||||||||
номинальной нагрузки |
НА турбины остаётся полностью открытым и |
турбина |
|||||||||||||||||||
развивает |
максимальный крутящий момент, агрегат развивает |
максимальную |
|||||||||||||||||||
вращения, |
существенно |
превышающую |
номинальную. |
|
Эту |
||||||||||||||||
частоту |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
(и ) или разгонной |
|
|
||||||||||||||||
максимальную |
частоту |
вращения называют угонной |
. |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Явление |
угона |
характеризуют |
коэффициентом |
угонной |
частоты |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
вращения |
( К ), |
равным |
отношению угонной к номинальной частоте вращения. |
||||||||||||||||||
К |
|
= |
пх |
пн |
|
|
|
|
|
|
|
(7.47) |
|
|
|
|
|||||
, |
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
разных |
|
|
|
|
|||||||
Коэффициент |
угонной частоты вращения для |
систем |
|
турбин |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,8 |
|
2,2; |
||||||||||
ориентировочно |
составляет: для ковшовых 1,8; для радиально-осевых |
|
- |
|
для |
||||||||||||||||
|
|
|
комбинаторной |
зависимости |
2,0- |
|
2,2; |
для |
|||||||||||||
|
|
лопастных при сохранении |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||
поворотно- |
|
|
|
|
|
|
комбинаторной |
зависимости |
2,4 |
3,5. |
|
||||||||||
поворотно-лопастных при нарушении |
|
|
- |
|
|
|
|||||||||||||||
Во избежание гидравлического |
|||
регулятором |
частоты вращения |
задаётся |
|
, время закрытия НА |
|||
|
|||
турбины (например |
|
||
удара в проточном тракте турбины определённая скорость закрытия НА для турбины Саяно-Шушенской ГЭС
316
в диапазоне от 80% открытия до 20% составляет 7.5-8.0 с. ) |
, |
т.е. система |
||
регулирования не может быстро изменить крутящий момент |
турбины |
при |
||
изменении |
противодействующего момента генератора, но в |
то же время |
||
сокращает |
подачу воды так. чтобы турбина, развивая обороты при сбросе |
|||
нагрузки, не достигала разгонной частоты вращения ( «заброс» оборотов в |
этом |
|||
случае
существенно
ниже
разгонного
)
.
Материалы для изготовления |
деталей |
||
различные, но основные из них - это сталь, |
|||
материалы |
, |
, резина и др. |
|
|
баббит |
|
|
турбин применяются самые
чугун, бронза, полимерные
Особое значение |
материалам должно придаваться |
при |
изготовлении |
||
лопастей рабочих колёс, |
поскольку они действуют в специфических |
условиях |
|||
динамического и кавитационного воздействия потока. На выбор |
материала |
||||
|
|
для |
|||
лопастей, в частности, повлиял широкомасштабный неудачный эксперимент по |
|||||
применению лопастей |
поворотно-лопастных турбин |
Волжской |
ГЭС |
||
|
, медистой стали. Через небольшое |
||||
( г.Жигулёвск) из дешёвой, так называемой |
|
|
|
|
|
число часов работы на лопастях из медистой стали появилась обширная и |
|||||
глубокая
кавитационная
эрозия
.
В последние годы стали применяться биметаллические лопасти отлитые |
||||||||||
или отштампованные из малолегированной углеродистой стали и |
покрытые |
|||||||||
нержавеющей сталью ( приварка листов, наплавка или |
прикрепление листов |
|||||||||
методом взрыва ). |
В этом случае чаще применяется аустенитная |
нержавеющая |
||||||||
сталь 1 Х18 |
Н9Т ( углерод 0.12%: хром 17-20%: никель 8- 11%: кремний 0,8%; |
|||||||||
марганец 2 |
, 0%: титан до 0.8% ). Эта сталь кроме хорошей |
кавитационной |
||||||||
|
|
|
высокой |
|||||||
стойкости |
имеет |
высокие |
пластические свойства. Она |
обладает |
||||||
химической стойкостью и |
хорошей свариваемостью. |
Наилучшим |
оказался |
|||||||
|
|
также метод взрыва по прикреплению |
листов |
|
|
|
|
|||
метод наплавки, а |
|
|
кавитационно |
¬ |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стойкого
материала
на
лопасти
.
Направляющий |
аппарат |
является |
определяющих компоновку всей турбины. |
||
одним
из
главных
узлов
,
При проектировании НА для уменьшения в нём потерь необходимо так |
||||
конструировать спиральную камеру и НА. чтобы в наиболее |
важном |
диапазоне |
||
|
||||
|
вектором |
|||
режимов |
работы |
турбины ( области высоких КПД ) угол |
между |
|
скорости |
потока |
в спиральной камере и касательной |
к оси |
профиля |
направляющей
лопатки
на
входе
был
минимальным
.
Упрощенно, в первом приближении, регулирование расхода |
можно |
||
представить себе из схемы, показанной на рис. 7.23. где несколько |
условно |
||
изображена развертка на плоскость лопаток НА ( 1 ) и лопастей РК ( 2 |
) |
. |
|
|
|
|
|
Направляющий
аппарат
подаёт
воду,
как
мы
уже
видели
,
на
лопасти
РК
под некоторым углом. Окружная скорость и на лопасти всегда поддерживается |
||
неизменной, так как неизменной должна оставаться частота вращения |
ротора |
|
генератора. Это необходимо для поддержания постоянной частоты переменного |
||
электрического тока в сети. Направление относительной скорости |
vr |
между |
лопастями
РК
задаётся
формой
лопастей
.
Тогда
,
как
видно
из
317