Определение основных параметров натурных гидротурбин при помощи универсальных характеристик моделей.
Пользуясь номенклатурой крупных вертикальных поворотно-лопастных и радиально-осевых гидротурбин, в большинстве случаев можно выбрать тип рабочего колеса и проточную часть соответствующих размеров, которые будут обеспечивать требуемые мощность и характеристики турбины на заданные условия (напоры HМАКС; HМИН; HРАСЧ, единичная мощность агрегата N).
В последние годы разработаны более быстроходные осевые и радиально-осевые рабочие колеса на различные напоры, а также созданы новые типы турбин (капсульные, диагональные поворотнолопастные и др.). Они дополняют существующую номенклатуру и позволяют выбрать проточную часть, обеспечивающую более высокие энергетические и кавитационные показатели гидротурбин при оптимальных технико-экономических характеристиках гидроагрегатов и здания ГЭС.
Определив диаметр, синхронную частоту вращения и высоту отсасывания ряда турбин на заданные условия, на основании энергетических и кавитационных показателей, а также технико-экономических расчетов и сравнения гидроагрегатов окончательно выбирают тип гидротурбинного оборудования для заданной ГЭС.
Основными критериями при сравнении и анализе вариантов гидротурбинного оборудования являются:
· величина максимального КПД гидротурбины и степень охвата оптимальной зоны на универсальной характеристике при изменении режимов работы (величина ее среднеэксплуатационного КПД);
· высота отсасывания и габариты блока (размеры спиральной камеры и отсасывающей трубы), определяющие отметки заложения фундаментной плиты и установки турбины, а также объем земляных и бетонных работ при сооружении здания ГЭС;
· диаметр рабочего колеса и частота вращения турбины, влияющие на габариты и весовые показатели гидроагрегата.
Ниже изложена методика определения основных параметров натурных гидротурбин и построение их эксплуатационных характеристик.
Исходные данные:
- диапазон изменения напора и его значения (НР; НМАКС; НМИН);
- установленная мощность станции и предполагаемое число агрегатов;
- отметка уровней верхнего и нижнего бьефов в зависимости от расхода на ГЭС;
- другие требования и условия, касающиеся конструкции, изготовления и эксплуатации гидротурбин и вспомогательного механического оборудования.
На основании указанных данных при помощи номенклатуры выбирают систему и тип гидротурбин или же приступают к разработке новой проточной части.
Исходные технические материалы. При проектировании гидротурбины используют результаты расчетных и исследовательских работ, представленных в виде:
· универсальных характеристик, полученных при испытании различных рабочих колес, рекомендуемых на заданные напоры;
· пульсационных характеристик рассматриваемых рабочих колес;
· силовых характеристик направляющего аппарата и рабочего колеса (в случае поворотно-лопастной гидротурбины) и осевого усилия, действующего на ротор;
· разгонных характеристик и характеристик холостого хода и др.
Перечисленные технические материалы используют при определении следующих основных параметров и показателей гидротурбинного оборудования для условий проектируемой ГЭС:
1. диаметра рабочего колеса, обеспечивающего при заданном расчетном напоре номинальную мощность турбины D1;
2. синхронной частоты вращения гидроагрегата nСИНХ;
3. величины КПД турбины при различных мощностях и напорах ηТ;
4. значения высоты отсасывания турбины для заданных режимов работы НS;
5. разгонной частоты вращения и осевого усилия гидроагрегата, выдаваемых генераторному заводу для проектирования генератора и подпятника гидроагрегата;
6. величины открытий направляющего аппарата и разворота лопастей рабочего колеса при различных режимах работы турбины;
7. геометрической формы и размеров спиральной камеры и отсасывающей трубы и, следовательно габаритов блока.
Для оценки энерго-кавитационных показателей и выбора типа турбины строят эксплуатационные характеристики ряда вариантов на заданные условия, наносят на них зоны и продолжительность работы и определяют средневзвешенный КПД.