- •(55) Типы гидроэнергетических установок (гэс, гаэс, пэс, нс). Основные параметры гидротурбин.
- •Основные параметры гидротурбин.
- •(56) Классификация гидротурбин (класс, тип, конструктивная схема).
- •(58) Основные рабочие органы гидротурбинных установок (конструкция, назначение).
- •(58) Характерисики турбин. Гух. Сущность явления кавитации в гидротурбинах.
- •(59) Регулирование расхода и мощности турбины. Потери энергии в проточном тракте турбины. Отсасывающие трубы гидротурбин.
- •1. (49) Воздушные и вакуумные высоковольтные выключатели (назначение, конструкция, особенности гашения дуги, достоинства и недостатки)
- •2. (50) Масляные и элегазовые высоковольтные выключатели(назначение, конструкция, особенности гашения дуги, достоинства и недостатки).
- •3. (51) Конструкция и принцип действия высоковольтных аппаратов применяемых для защиты электрооборудования от атмосферных и коммутационных перенапряжений
- •4. (52) Назначение,конструкция и принцип действия разъединителей, отделителей, короткозамыкателей.
-
(56) Классификация гидротурбин (класс, тип, конструктивная схема).
Классификация гидротурбин
В зависимости от особенностей преобразования энергии потока в механическую энергию на валу гидравлические турбины разделяют на классы: реактивные (с избытком давления) и активные (свободноструйные).
Реактивные гидротурбины (напорноструйные), в которых давление в потоке на входе в рабочее колесо больше, чем на выходе из него.
Активные турбины (свободноструйные)— давление в потоке на входе и выходе из рабочего колеса одинаково и равно, как правило, атмосферному давлению. Деление на классы производится в зависимости от того, за счет какого вида энергии работает РК турбины.
В реактивных гидротурбинах потенциальная энергия потока на входе в РК (z1 + ) больше, чем на выходе из него (z2 + ). Кроме того, в РК реактивных гидротурбин частично используется кинетическая энергия потока.
В активных гидротурбинах давление на входе и на выходе из РК одинаково. Следовательно, в РК используется только кинетическая энергия потока: К = , подводимая к нему в виде свободных струй.
В активной гидротурбине практически вся удельная потенциальная энергия потока преобразуется в направляющем аппарате в кинетическую энергию струи (или струй).
Реактивные и активные гидротурбины подразделяют на различные системы в зависимости от направления потока в рабочем колесе и способа регулирования расхода.
Каждая система имеет тихоходные, нормальные и быстроходные типы турбин, характеризуемые значением коэффициента быстроходности ns =
Быстроходность турбины определяется в основном формой рабочего колеса и его лопастей.
Геометрически подобные турбины различных размеров образуют серию.
Класс → Система → Тип → Серия (размер и мощность)
-
Класс реактивных гидротурбин объединяет следующие системы:
осевые гидротурбины — вертикальные поворотнолопастные и пропеллерные, а также горизонтальные (капсульные и прямоточные) поток в рабочем колесе этих турбин движется вдоль оси турбины;
диагональные поворотнолопастные гидротурбины; поток в рабочем колесе движется вдоль конических поверхностей тока;
радиально-осевые гидротурбины; в пределах рабочего колеса поток изменяет свое направление из радиального в осевое.
-
Класс активных турбин подразделяют на такие системы:
ковшовые гидротурбины; оси струй касательны к средней окружности ковшей и находятся в плоскости рабочего колеса;
наклонно-струйные гидротурбины; струя подводится к РК под некоторым углом;
двукратные гидротурбины – двойного действия; струя проходит через каналы РК дважды;
-
(58) Основные рабочие органы гидротурбинных установок (конструкция, назначение).
Спиральная (турбинная) камера. Первым по потоку рабочим органом турбины является спиральная камера, обеспечивающая организованный подвод воды к направляющему аппарату с минимально возможными потерями, а также создание предварительной закрутки потока.
В зависимости от величины напора и типа гидроэлектростанции применяют различные типы турбинных камер. Бетонная спиральная камера с неполным углом охвата и трапециевидной формой поперечных сечений нашла наибольшее применение при малых и средних напорах Н = 3 ÷ 45 м. Угол охвата φ = (180 ÷ 225)
Бетонная спиральная камера состоит из входной открытой части и спирального канала, характеризуемого углом jсп. В месте соединения спирального канала с правой по направлению потока стенкой неспиральной части размещается так называемый зуб спирали. Угол охвата jсп спиральной камеры отсчитывают от зуба до входного сечения. Спиральные камеры с неполным углом охвата имеют угол ф < 360°. Ширина спиральной камеры в плане зависит от типа турбины, угла охвата, принятой скорости во входном сечении спиральной части и его формы. Площадь входного сечения определяется в зависимости от скорости vВХ или принятого скоростного коэффициента ά.
Металлические сварные спиральные камеры с круглыми сечениями применяют при средних и высоких напорах Н = (150 ÷ 700) м. jсп = (345 ÷ 360)°.
Металлические спиральные камеры и статоры крупных турбин обычно изготовляют сварными, в виде металлических конструкций, воспринимающих часть или полное усилие, с круглыми или овальными сечениями.
Статор турбины. Статор турбины предназначен исключительно для передачи осевых нагрузок гидроагрегата, бетонного массива и вспомогательного оборудования на фундамент здания станции.
С конструктивной точки зрения он представляет собою колонны, связанные между собой при помощи верхнего и нижнего поясов. Иногда при небольших напорах вместо общего нижнего пояса каждая колонна статора имеет специальную опору — башмак. В отечественной практике число колонн статора обычно принимают равным половине числа лопаток направляющего аппарата, причем зуб спирали является одной из колон.
Статоры выполняются либо в виде отливок, либо сварных или сварно-литых конструкций. Радиальные размеры и формы поясов статора определяются спиральной камерой, шахтой и крышкой турбины, а также нижним кольцом направляющего аппарата. Колонны могут быть сплошного сечения или пустотелые. В этом случае толщины стенок выбираются с учетом применяемых марок сталей из условий прочности и технологичности.
Направляющий аппарат. Направляющий аппарат состоит из одинаковых, равномерно расположенных лопаток, имеющих возможность синхронно поворачиваться относительно своих осей.
Функции направляющего аппарата: создание равномерного, осессиметричного потока, закрученного относительно оси вращения рабочего колеса; регулирование расхода и мощности турбины путем изменения проходного сечения и циркуляции на входе в Р.К.; полное перекрытие потока через турбину, в том числе и в аварийных случаях.
Радиальный (цилиндрический)направляющий аппарат применяют в радиально-осевых, диагональных и осевых вертикальных гидротурбинах. Конический НА находит применение в капсульных, реже в диагональных и вертикальных осевых гидротурбинах. Осевой направляющий аппарат применяют и прямоточных гидротурбинах.
Отличия в этих конструкциях касаются в основном формы профиля и схемы привода направляющих лопаток, конструкции стопоров НА и предохранительных устройств, а также типа примененных уплотнений. Схемы привода различаются лишь принципом передачи усилия от сервомоторов, что осуществляется либо через центральное регулирующее кольцо и распределительный механизм, либо непосредственным воздействием на рычаги направляющих лопаток от индивидуальных сервомоторов, управляющих положением каждой лопатки и имеющих ту или иную схему синхронизации.
Конструкция НА должна удовлетворять ряду требований, основные из которых следующие: максимальное открытие направляющего аппарата должно обеспечить расчетный расход через турбину (с запасом не менее 5%) и ее номинальную мощность; полное закрытие турбины при условии минимальных протечек через зазоры; при потере управления (разрушение предохранительного элемента) лопатка не должна поворачиваться под воздействием потока вокруг собственной оси.
Из направляющего аппарата вода поступает в пространство в котором она, направляясь поверхностями крышки турбины и нижнего кольца направляющего аппарата, подходит к рабочему колесу.
Камера рабочего колеса. Камера рабочего колеса имеет мощную стальную облицовку, закрепленную в бетоне анкерами и тягами. Это объясняется тем, что при работе турбины стенки камеры воспринимают большие пульсирующие нагрузки от давления воды, которые способны раскачать и разрушить облицовку камеры.
Для поворотно-лопастных турбин существенное значение имеют зазоры между концами лопастей рабочего колеса и камерой. Чтобы зазор сохранялся постоянным при изменении угла установки лопастей, камера рабочего колеса должна быть сферической. Однако в этом случае возникнут трудности с установкой собранного рабочего колеса на место. Поэтому часть камеры выше оси поворота лопастей делается цилиндрической. Отсасывающая труба. Отсасывающая труба гидротурбины предназначена для: отвода воды от рабочего колеса в нижний бьеф с минимальными потерями энергии; использования части геометрического напора, если рабочее колесо турбины расположено над нижним бьефом; преобразования кинетической энергии потока, выходящего из рабочего колеса, в энергию давления.
Величина кинетической энергии потока на выходе из рабочего колеса зависит от типа гидротурбины и режима ее работы. При отсутствии отсасывающей трубы энергия потока после рабочего колеса теряется, и КПД турбины уменьшается. При установке отсасывающей трубы, которая представляет собою прямоосный или изогнутый диффузор определенных размеров, кинетическая энергия потока после рабочего колеса преобразуется в энергию давления. В результате под рабочим колесом создается дополнительное разрежение, вследствие чего напор, используемый турбиной, возрастает.
Размеры и тип отсасывающей трубы также влияют на кавитационные и пульсационные характеристики турбины, габариты и стоимость подводной части здания ГЭС. Следовательно, при выборе типа и размеров отсасывающей трубы необходимо тщательно проанализировать ее влияние на характеристики гидротурбины и стоимость здания ГЭС и при помощи технико-экономических расчетов выбрать оптимальный вариант.
В зависимости от компоновки гидроагрегата (вертикальное или горизонтальное расположение вала) применяются изогнутые с тем или иным типом колена и прямоосные отсасывающие трубы. Основным параметром, определяющим гидравлические характеристики изогнутой ОТ, является ее высота h. Независимо от формы отсасывающей трубы уменьшение ее высоты приводит к падению КПД турбины.