- •7.1 Назначение и классификация. Типы турбинных камер.
- •7.2 Выбор расчетных параметров турбинных камер.
- •7.2.1 Угол охвата спиральной камеры.
- •7.2.2 Формы меридианного сечения бетонной спиральной камеры.
- •7.3 Расчет турбинных камер.
- •7.3.1 Методы расчета спиральной камеры.
- •7.3.2.1 Графоаналитический расчет спиральной камеры круглого сечения.
- •7.3.2.2 Графоаналитический расчет бетонной спиральной камеры таврового сечения.
Лекция 7.
Турбинные камеры
7.1 Назначение и классификация. Типы турбинных камер.
Спиральная камера служит для подвода воды к турбине и формирования потока на входе в направляющий аппарат.
Она должно обеспечивать:
равномерный подвод воды к направляющему аппарату при максимально возможной осевой симметрии потока;
допустимые величины скоростей и углов атаки на входе в статор и направляющий аппарат при различных его открытиях, при которых потери энергии в спиральной камере и главным образом в направляющем аппарате минимальны;
величину циркуляции (закрутки) потока, близкую к расчетной.
Кроме того, турбинная камера должна иметь минимальные размеры и простую конструкцию.
Установлено, что размеры и форма спиральной (турбинной) камеры влияют на потери энергии в ней и последующих элементах проточной части.
При увеличении размеров турбинной камеры энергетические характеристики турбины улучшаются. С другой стороны, размеры турбинной камеры определяют габариты блока агрегата, влияют на форму подводной части и стоимость здания ГЭС. В связи с этим при проектировании ГЭС выполняют технико-экономические расчеты ряда вариантов турбинных камер и всего здания и выбирают оптимальные размеры турбинного блока. Вместе с тем, конструкция турбинной камеры должна обеспечить также оптимальную компоновку турбины и вспомогательного оборудования и удовлетворять определенным строительным требованиям
В зависимости от величины напора и типа гидроэлектростанции применяют различные типы турбинных камер:
Открытые камеры. При напорах Н = 3 ÷ 10 м и небольшой мощности агрегата применяют открытую камеру. Для равномерного подвода воды к направляющему аппарату при небольших потерях энергии, ширина турбинной камеры в этом случае должна быть достаточно большой В ≥ 4D1.
Кожуховая турбинная камера. С увеличением напора, размеров и мощности гидроагрегатов перешли к спиральным мерам, имеющим значительно меньшие размеры в плане. Кожуховая турбинная камера применялась ранее при небольших напора Н = 6 ÷ 25 м для турбин малой мощности.
Бетонная спиральная камера. Бетонная спиральная камера с неполным углом охвата и трапециевидной формой поперечных сечений нашла наибольшее применение (рис. 7.1) при малых и средних напорах Н = 3 ÷ 45 м. Рекомендуемые основные параметры: ширина в плане В = (2,4 ÷ 3,5) D1; угол охвата φ = 180 ÷ 270°.
Бетонная спиральная камера состоит из входной открытой части и спирального канала, характеризуемого углом φ. В месте соединения спирального канала с правой по направлению потока стенкой неспиральной части размещается так называемый зуб спирали. Первое по направлению потока сечение спиральной части называют входным сечением (рис. 7.1).
Рисунок 7.1. Бетонная спиральная камера с неполным углом охвата.
Угол охвата φ спиральной камеры отсчитывают от зуба до входного сечения. Спиральные камеры с неполным углом охвата имеют угол φ < 360°. Ширина спиральной камеры в плане зависит от типа турбины, угла охвата, принятой скорости во входном сечении спиральной части и его формы.
Для бетонных спиральных камер рекомендуется назначать угол спирали φ по таблице 7.1:
Таблица 7.1. Рекомендуемые углы охвата бетонных спиральных камер.
Параметр |
Турбины: осевые поворотно-лопастные |
радиально-осевые |
||||||
Напор м |
5÷15 |
20÷30 |
30÷40 |
40÷50 |
50÷70 |
60÷80 |
30÷45 |
40÷70 |
φСП ◦ |
180 |
210 |
225 |
240 |
255 |
270 |
240 |
270 |
Металические спиральные камеры. Металлические спиральные камеры с круглыми сечениями (рис. 7.2) применяют при средних и высоких напорах Н = 150 ÷ 700 м.
Рекомендуемые параметры: В = (2,5 ÷ 4 )D1; φ = 345 ÷ 360°.
Рисунок 7.2. Металлическая спиральная камера. Двухподводная спиральная камера.
Смешанные спиральные камеры. Смешанные спиральные камеры (из стали и железобетона) с передачей нагрузки на бетон для напоров Н = 200 ÷ 300 м и металлические двухподводные для напоров Н = 75 ÷ 170 м (рис. 7.2). Двухподводная спиральная камера позволяет значительно уменьшить диаметр входного сечения и толщину листа сварной спиральной камеры, что важно при изготовлении уникальных радиально-осевых гидротурбин большой мощности и размеров. Двухподводная спиральная камера применена на одной из опытных турбин Бухтарминской ГЭС.
Турбинные камеры капсульных гидроагрегатов для напоров Н = 3 ÷ 15 м имеют кольцеобразную форму с переходом на прямоугольное сечение водоприемника.
Области применения различных типов турбинных камер в зависимости напора показаны на рис. 7.3.
Рисунок 7.3. Области применения турбиных камер: I - открытые, II - кожуховые, III - спиральные бетонные, IV - спиральные металлические, V - с частичной пердачей нагрузки на бетон.