3. Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины

Определение заглубления рабочего колеса необходимо для обеспечения бескавитационной работы турбины.

Отметка установки рабочего колеса определяется по формуле:

(3.1)

где Z_нб(Q_нб) – зависимость отметки нижнего бьефа от расхода в НБ, Н_s– высота отсасывания.

Высота отсасывания находится по следующей формуле:

(3.2)

где B – барометрическое давление, равное 10,33 м, σ – коэффициент кавитации, определяется по ГУХ (приложение А); H–напор.

Используя ГУХ с нанесенной зоной работы гидротурбины (приложение Б), вычисляются высоты отсасывания для трех случаев:

1. Работа одного агрегата с номинальной мощностью при Н_max.

В точке 1 (приложение Б) пересчитывается расход по формуле:

(3.3)

После этого по кривой связи НБ определяется отметка Z_нб(Q_нб)= = м. Также в точке 1 определяется коэффициент кавитации σ = 0,419. Подставив в формулу высоты отсасывания (3.2) все известные величины, получим:

(3.4)

Расчет в остальных случаях выполняется аналогично.

2. Работа одного агрегата с номинальной мощностью при Н_р.

(3.5)

Z_нб(Q_нб) принимается равной 97,42 м., коэффициент кавитации σ=0,681.

(3.6)

3. Работа одного агрегата с соответствующей мощностью на линии ограничения при Н_min.

(3.7)

Z_нб(Q_нб) принимается равной 97,33 м., коэффициент кавитации σ=0,619.

(3.8)

Далее из рассчитанных значений высот отсасывания, выбирается то, которое будет обеспечивать бескавитационную работу во всех режимах. По этому условию H_sпринимается равной -0,59 м., следовательно, отметка РК будет равна:

(3.9)

4. Гидромеханический расчёт спиральной камеры

Угол охвата спиральной камеры, рекомендуемый угол охвата спиральной камеры берется из ГУХ (приложение В):

Наружный радиус входного сечения также из ГУХ:

(4.1)

Диаметр расположения входных кромок статора:

Диаметр расположения выходных кромок статора:

Высота направляющего аппарата, определенная по ГУХ:

(4.2)

Высота статора:

(4.3)

Допустимая скорость во входном сечении υ_вх=3,4 м/с.

Полный расход через турбину при расчетных значениях мощности и напора:

(4.4)

Расход через входное сечение спирального канала камеры:

(4.5)

Площадь входного сечения:

(4.6)

Ширина входного сечения:

(4.7)

Высота входного сечения определяется из квадратного уравнения:

(4.8)

Отбрасывая один из корней получили:

В таблице 4 представлен расчет бетонной спиральной камеры, выполненный с использованием MicrosoftExcel:

Таблица 4 – Расчёт бетонной спиральной камеры

№	Величина	Сечения
		вх	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	вых
1	ri	9,13	8,65	8,16	7,68	7,19	6,71	6,22	5,74	5,25	4,77	4,28	3,80
2	bi	6,61	6,18	5,76	5,33	4,90	4,47	4,05	3,62	3,19	2,77	2,34	1,91
3	rk	5,49	5,37	5,26	5,14	5,03	4,91	4,80	4,68	4,57	4,46	4,34	4,23
4	rk/ra	4,77	4,29	3,80	3,32	2,83	2,35	1,86	1,38	0,89	0,40	-0,08	-0,57
5	ln(4)	1,26	1,23	1,21	1,18	1,15	1,13	1,10	1,07	1,05	1,02	1,00	0,97
6	ri/ra	0,23	0,21	0,19	0,16	0,14	0,12	0,10	0,07	0,05	0,02	0,00	-0,03
7	ln(6)	2,09	1,98	1,87	1,76	1,65	1,54	1,43	1,32	1,20	1,09	0,98	0,87
8	b(7)	0,74	0,68	0,63	0,57	0,50	0,43	0,36	0,27	0,19	0,09	-0,02	-0,14
9	rkctgy	4,89	4,23	3,61	3,01	2,45	1,93	1,44	0,99	0,59	0,25	-0,04	-0,27
10	(9)*(5)	20,47	20,04	19,62	19,19	18,76	18,34	17,91	17,48	17,06	16,63	16,20	15,77
11	mi	4,70	4,18	3,67	3,17	2,67	2,19	1,72	1,25	0,80	0,36	-0,07	-0,49
12	Ji	4,20	3,77	3,35	2,92	2,49	2,06	1,64	1,21	0,78	0,36	-0,07	-0,50
13	ϕi	4,72	4,16	3,62	3,10	2,60	2,13	1,69	1,28	0,91	0,57	0,29	0,06
14	ai	210,0	185,1	161,0	137,9	115,8	94,91	75,24	56,99	40,34	25,52	12,82	2,59

По рассчитанным промежуточным сечениям спирали строится график из которого с интервалом берутся значения , по полученным значениям строится график зависимости представленный на рисунке 2.

Рисунок 2 – График зависимости

Ширина подвода , определяется по ГУХ:

м;

(4.9)

Ширина подвода оказалась значительно больше допустимых 7 метров, поэтому устанавливается промежуточный бычок, толщина которого равна:

(4.10)

Тогда ширина подвода с учетом промежуточного бычка:

(4.11)

По полученным данным строится бетонная спиральная камера (приложение Г).