План
1. Основні принципи проектування ГЕС
2. Склад головного обладнання ГЕС
3. Номенклатура і типи гідротурбін
4. Приведені параметри гідротурбін
5. Основні параметри гідротурбіни
6. Характеристики турбін. Головнауніверсальна характеристика
7. Вибір типу турбіни і кількостіагрегатів ГЕС
8. Радіально-осьові турбіни
9. Поворотно-лопатеві і пропелернітурбіни
СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
Складобладнання ГЕС. Основні системи гідротурбін і їх елементи. Нормативнаноменклатура гідротурбін. Схеми установки гідротурбін. Реактивні і активнітурбіни. Робочі колеса реактивних турбін1. Основні принципи проектування ГЕС
Створгідроелектростанції вибирається, як правило, у найвужчому місці річки. Взалежності від схеми використання напору розрізняють: руслові ГЕС (напірН до 40¸50 м), пригреблеві ГЕС (Н=3¸300 м) і дериваційні ГЕС(Н=20¸2000м).
Основнимичастинами будівлі ГЕС є: нижня (агрегатна) частина будівлі; верхня будівля(надводна, наземна), яка включає в себе машинний зал та допоміжні приміщення;монтажна площадка, а також водоприймальна (для руслових ГЕС) або водозабірна(для пригреблевих і дериваційних ГЕС) частина. Водоприймач руслової ГЕС єчастиною будівлі і проектується разом з нею. До складу проточного тракту ГЕСвходять турбінна камера і відсмоктувальна труба. Основним обладнанням ГЕС єгідроагрегат (гідро-турбіна на одному валу з гідрогенератором), трансформатор іосновний кран.
Допоміжні іслужбові приміщення розміщуються у будівлі ГЕС.
Великі будівліГЕС, як правило, оснащуються: руслові – ПЛ-турбінами із залізобетонноюспіральною камерою трапецієвидного перерізу, пригреблеві – РО-турбінами ізметалевою (сталевою) спіральною камерою круглого перерізу. При напорах меншихза 150 м використовуються діагональні турбіни, а при напорах більших за600...700 м – ковшові.2. Склад головного обладнання ГЕС
До гідросиловогообладнання ГЕС відносять гідротурбіни і гідрогенератори.
Основнимичастинами реактивної гідротурбіни є: підвідна частина (турбінна камера), гідромеханічначастина – лопатева система (статор, направ-ляючий апарат, робоче колесо) івідвідна частина (відсмоктувальна труба).
Генератори призначені для перетвореннямеханічної енергії обертів турбіни в електричну. Основними частинами генераторає рухомий ротор і нерухомий статор. Для обслуговування гідроагрегатівпередбачено наступні системи: система автоматичного регулювання (САРТ) – длякерування турбіною шляхом зміни відкриття направляючого апарату (дляРО-турбін), повороту лопаток направляючого апарату (для ПЛ-турбін) або виходурегулюючих голок (для ковшових турбін); система збудження генератора –для подачі на обмотки ротора постійного струму; система охолодження –для відводу надлишків тепла від елементів генератора.
До електричногообладнання ГЕС відносять підсилюючі трансформатори, систему власних потреб,систему контролю і керування.
До механічногообладнання ГЕС належать затвори (у водоприймачі, відсмоктувальній трубі,передтурбінні затвори та ін.), головний та допоміжні крани.3. Номенклатура і типи гідротурбін
Номенклатурою гідротурбін називається нормативно-технічна документація, що з урахуваннямнакопиченого досвіду установлює системи і типи турбін, область їх застосування,а також їх основні параметри і розміри в залежності від передбачених типів.Приклад маркування турбіни:
/>
Сучасна номенклатура розроблена у1982 році і включає в себе:
— типи, основні параметриі розміри турбін;
— окресленняпроточної частини і направляючого апарату;
— типи і розмірипрофілів лопаток направляючого апарату;
— типи і розміриметалевих спіральних камер;
— типи і розмірибетонних спіральних камер;
— типи і розміривигнутих відсмоктувальних труб;
— конструктивнісхеми гідротурбін;
— граничнуметалоємність гідротурбін.
/>
Типи турбінхарактеризуються геометричною подібністю елементів проточної частини іоднаковими відносними втратами у ній .
4. Приведені параметри гідротурбін
Приведені параметри визначаються при діаметріробочого колеса гідротурбіни D1=1 м і напорі Н=1 м із співставлення чисел Ейлера і Струхаля.
Приведеначастота обертів рівна />
приведенавитрата />
приведенапотужність турбіни />.
Приведеніпараметри використовуються для співставлення і вибору турбін за результатамивипробувань.5. Основні параметри гідротурбіни
Основнимипараметрами гідротурбіни є:
— розрахунковийнапір Нр, м;
— витратагідротурбіни/> м3/с;
— потужністьна валу турбіни /> кВт;
— коефіцієнтшвидкохідності — це частота обертів турбіни даного типу з таким D1, при якому вона розвиває потужність N=1 кВт при напорі Н=1 м: /> об/хв;
— частотаобертів турбіни: />об/хв;
— номінальнийдіаметр робочого колеса
/>м;
— коефіцієнткорисної дії турбіни hт, %;
— висотавідсмоктування, яка визначає висоту розташування робочого колеса реактивної турбіни відноснорівня нижнього б’єфу:
/>
де k — коефіцієнт запасу, k=1,05...1,1;
s — коефіцієнт кавітації;
ÑТ — абсолютна відміткарозташування турбіни над рівнем моря, м.6. Характеристики турбін. Головна універсальна характеристика
Характеристикоютурбіниназивається графічна залежність коефіцієнта корисної дії від діаметра робочогоколеса (D1), відносного відкриття лопатокнаправляючого апарату (a0), кута повороту лопатей робочого колеса (j), напорів (Н), витрат (Q) та частот обертів (n) у вигляді функції h=f(D1, a0, j, H, n, Q).
Експлуатаційноюхарактеристикою турбіни називається основний технічний документ, що характеризує їїенергетичні і кавітаційні властивості при різних напорах і потужностях.
На головнійуніверсальній характеристиці показано:
— коефіцієнтикорисної дії моделі гідротурбіни, h, %;
— коефіцієнтикавітації моделі гідротурбіни, s;
— відкриттялопаток направляючого апарату, а, мм (a, °) — для реактивних турбін;
— відкриттясопла, S, мм — для активних турбін;
— кут установкилопаток робочого колеса, j,° — для ПЛ-турбін.
Робочахарактеристика турбінибудується із головної універсальної характеристики, розсікаючи її лініямиn¢І, М=const, з відповідними значеннями напору.
Підібратигідротурбіну — це означає визначити тип її, а також діаметр робочого колеса (D1), частоту обертів робочого колеса (n0) та допустиму висотувідсмоктування (hs).
Найбільш простийспосіб підбору турбіни — за частковими номенклатурними графіками. При цьому помаксимальному напору визначається тип турбіни, а по розрахунковому напору іпотужності турбіни — значення.D1, n0, hs.
Більш точні і надійні результати даєрозрахунок за приведеними параметрами турбіни з використанням її головноїуніверсальної характеристики. При цьому всі основні параметри турбінивизначаються за залежностями 7. Вибір типу турбіни і кількості агрегатів ГЕС
Тип турбіни визначається по максимальномуі мінімальному напорах на агрегат так, щоб вони попадали в діапазон напорів начастковому номенклатурному графіку турбіни.
Вибіркількості агрегатів проводиться на основі техніко-економічного порівняння 2¸3 найбільш ймовірнихваріантів.
Із зменшеннямкількості агрегатів (при збільшенні одиничної потужності агрегату) вартістьтурбіни, генераторів і будівлі ГЕС, як правило, зменшується; збільшуєтьсяк.к.д. обладнання, зменшуються експлуатаційні витрати, фронт машинної будівлі,покращуються умови розміщення водоскидів на суміщених будівлях ГЕС.
Кількістьагрегатів повинна бути не меншою 2¸3 за умов енергетичних характеристикГЕС і транспортних габаритів. Збільшення кількості агрегатів обгрунтовуєтьсятехніко-економічним розрахунком і може пояснюватися недопустимим заглибленнямагрегатів, вимогами збільшення довжини водозливного фронту та ін. Законструктивними і технологічними умовами кількість агрегатів повинна бутипарною, а для капсульних гідроагрегатів — кратною 4.
Оптимальнакількість агрегатів відповідає умові:
eнКГЕС+ИГЕС®min,
де eн — нормативний коефіцієнтефективності використання капіталовкладень;
КГЕС — капіталовкладення в ГЕС;
ИГЕС — щорічнівитрати капіталовкладень у ГЕС.8. Радіально-осьові турбіни
Радіально-осьовітурбіни(турбіни Френсіса) характеризуються тим, що вода при вході на робоче колесорухається у радіальній площині, а після робочого колеса — у напрямку його осі.РО-турбіни відносяться до класу середньонапірних турбін. Діапазон напорівколивається у межах від 30¸40 до 600¸700 м.
Кількість лопатокробочого колеса коливається від 9 для низьконапірних до 21 для високонапірнихРО-турбін.9. Поворотно-лопатеві і пропелерні турбіни
Пропелерні (Пр) і поворотно-лопатеві(ПЛ) турбіни відносяться до класу осьових турбін (турбіни Каплана) іпрацюють в діапазоні напорів від 1¸3 до 60¸70 м. Направляючий апарат осьовихтурбін призначений для подачі турбінної витрати і регулювання потужності.
Кількість лопатокПЛ-турбін коливається від 3 до 8 в залежності від діючих напорів, кут установкилопатей може коливатися в межах від -100 до +200. Лопатки турбіни можуть бутизакріплені жорстко з певним кутом нахилу a. Такі турбіни відносяться до пропелерних.
Як правило,лопатки роблять поворотними, тобто на ходу. В залежності від умов роботи(потужності, напору), кут установки лопаток може змінюватися. Такі турбіниназиваються поворотно-лопатевими (рис. 4.7).
При компонуваннітурбін необхідно враховувати характер розташування споруд гідровузла; умови,які визначають тип будівлі; габарити, масу, інші параметри обладнання таспособи його доставки на місце установки.
В основномутурбіни розташовують в одному блоці з гідрогенератором.
Горизонтальне розташуваннягідроагрегатів приймають, як правило, для капсульних агрегатів при низькихнапорах до 15 м. Вертикальне компонування — для поворотно-лопатевих,радіально-осьових, пропелерних та діагональних турбін. Ковшові турбіни встановлюютьсяяк вертикально, так і горизонтально.
Вертикальнітурбіни встановлюються у агрегатному блоці, генератор виноситься у машиннузалу.
Вода до турбінипідводиться по турбінній камері, проходить через робоче колесо гідротурбіни іскидається у нижній б’єф через відсмоктувальну трубу. Витрати води регулюютьсязатворами, розміщеними у водоприймачі, або передтурбінними затворами, а такожнаправляючим апаратом.
СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Введение в гидротехнику: Учебное пособие для вузов /А.Л.Можевитинов, Г.В.Смехов и др.- Под ред. А.Л.Можевитинова.- М.:Энергоатомиздат, 1984.- 232 с., ил.
2. Непорожний П.С., Обрезков В.И. Введение в специальность:Гидроэнергетика: Учебное пособие для вузов.- М.: Энергоатомиздат, 1990.- 352с., ил.
3. Гидроэлектрические станции / Подред. В.Я.Карелина, Г.И.Кривченко.- М.: Энергоатомиздат, 1987.- 464 с., ил.
4. Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудованиегидроэлектростанций. Справочное руководство. / Под ред. Ю.С.Васильева и Д.С.Щавелева.-М.: Энергоатомиздат..- Т.1, 1988.- 400 с, ил.
5. Кривченко Г.И. Гидравлические машины. Турбины инасосы.- М.: Энергоатомиздат, 1983.- 320 с, ил.