Лекция 5.

Выбор гидротурбины для ГЭС с заданными параметрами.

5.1 Номенклатура крупных вертикальных осевых и радиально-осевых гидротурбин.

Природные сочетания расхода и напора в реках не одинаковы, однако из этого не следует, что для каждой гидроэлектростанции следует проектировать пригодный только для этих условий тип гидротурбины. Для экономичного использования определенных диапазонов напоров целесообразно разрабатывать системы и типы гидротурбин различных диаметров и мощностей, требуемых в каж­дом конкретном случае. Созданные к настоящему времени высоко­эффективные осевые и радиально-осевые рабочие колеса на различ­ные напоры включены в отечественную номенклатуру гидротурбин.

Действующая в настоящее время номенклатура крупных вер­тикальных реактивных осевых поворотно-лопастных (ПЛ) и ради­ально-осевых (Р-О) гидротурбин составлена Производственным Объединением «Ленинградский Металлический завод» и ЦКТИ им. И. И. Ползунова. Сущность номенклатуры заключается в том, что диапазон применения реактивных гидротурбин по напорам Н= 3 ÷ 500 м разбит на ряд участков, для которых применяется наи­меньшее возможное число имеющихся (или разрабатываемых) осе­вых и радиально-осевых рабочих колес [3; 11; 23]. Сводный график номенклатуры реактивных гидротурбин (рис. 5.1), построенный в ко­ординатах Н — N, позволяет выбрать тип турбины на заданные на­пор и мощность. Каждый тип рабочего колеса имеет свой частный график, построенный также в координатах Н — N, где на заданные напор и мощность можно предварительно выбрать диаметр, частоту вращения и высоту отсасывания гидротурбины.

Действующей номенклатурой предусмотрено применение девяти типов осевых поворотно-лопастных и восьми радиально-осевых рабочих колес. Границы применения систем и типов рабочих колес по напорам установлены ориентировочно, исходя из допустимых и эко­номически оправданных высот отсасывания и обеспечения прочности лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса.

В табл. 5.1 приведены основные данные вертикальных осевых поворотно-лопастных и радиально-осевых гидротурбин отечественной номенклатуры. Если на заданный напор возможно применение различных типов рабочих колес, следует выбрать оптимальный ва­риант, для чего определяют размеры, значения КПД и высоты отсасывания сравниваемых турбин, пользуясь их универсальными характеристиками. Технико-экономический анализ вариантов позволяет выбрать оптимальный типоразмер турбины.

Отечественная номенклатура предусматривает определенную маркировку гидротурбин, которая указывает на систему и тип рабочего колеса в соответствии с напором. Например, осевое поворотно-лопастное рабочее колесо ПЛ 20/661-В-930 предназначено на максималь­ный напор Н_МАХ = 20 м; его инвентарный номер 661. Применяемый тип установки — вертикальная; диаметр рабочего колеса турбины D₁ = 930 см. Таким образом, маркировка характери­зует тип гидротурбины, рабочего колеса и его диаметр. Диаметры рабочих колес нормализованы, смотри табл. 5.2.

Размеры направляющего аппарата и статора назначают в зависимости от выбранной величины диаметра рабочего колеса. Для обеспечения требуемых энергетических и прочностных характери­стик направляющего аппарата диаметр расположения осей по­ворота лопаток D₀ и число лопаток z₀ могут несколько изме­няться.

Размеры проточного тракта осевых и радиально-осевых рабо­чих колес также заданы. Отступления от номинальных диаметров рабочих колес допускаются в пределах ±3% при условии сохра­нения нормализованных размеров направляющего аппарата и ста­тора.

Помещенные в номенклатуре универсальные характеристики моделей гидротурбин получены при испытании рабочих колес в про­точной части (спиральная камера, статор, направляющий аппарат и отсасывающая труба) соответствующих размеров и формы. Если проточная часть натурной гидротурбины (например, спиральная камера или отсасывающая труба) несколько отличается от модель­ной, необходимо при пользовании универсальной характеристикой (модели вносить соответствующие поправки при пересчете величин η, σ, Q'_I, n^′_I или же провести новые испытания.

Рисунок 5.1. Сводный график областей применения реактивных гидротурбин.

Т аблица 5.1. Параметры рабочих колес реактивных гидротурбин

Т аблица 5.2. Нормализованные диаметры D₁ рабочих колес и параметры направляющих аппаратов крупных вертикальных гидротурбин.