Выбор системы турбины и типа рабочего колеса.

Выбор системы гидротурбины и типа рабочего колеса обуслов­лен: максимальным напором на ГЭС; допустимой высотой отсасывания; условиями эксплуатации, зависящими от графика нагрузки и характеризующими диапазоны колебания мощности и напора; компоновкой гидротехнических сооружений ГЭС и здания; содер­жанием и составом наносов в воде и др.

Так, например, в диапазоне напоров Н = 30 ÷ 80 м возможно применение радиально-осевых, диагональных и осевых поворотно-лопастных гидротурбин. Если на ГЭС имеют место значительные колебания напора и нагрузки, установка поворотно-лопастных гидро­турбин, как правило, оказывается более экономичной. При этом необходимо, чтобы стоимость дополнительной выработки электро­энергии за счет увеличения среднеэксплуатационного КПД поворот­но-лопастных турбин была больше дополнительной стоимости тур­бинного оборудования и строительных работ по сооружению здания станции

Определение основных параметров гидротурбины

1. Пользуясь универсальной характеристикой модели рабочего колеса, принятого на заданный напор, вычисляют его диаметр из выражения для мощности турбины:

, (м)

где Q^′_I — приведенный расход в м³/с и η_М — КПД модельной турбины, принимаются в расчетной точке универсаль­ной характеристики; Н_Р — расчетный напор, (м); N - мощность турбины (кВт).

Следует отметить, что:

• для радиально-осевой гидротурбины величину приведенного расхода обычно выбирают на линии ограничения мощности универ­сальной характеристики. Расчетная точка находится на горизонтальной линии, проходящей на 3 ÷ 5 об/мин выше оптимума универ­сальной характеристики.

• Для поворотно-лопастной гидротурбины значение приведенных оборотов принимают больше оптимальной величины на 10 — 15 об/мин, поскольку приведенные величины на­турной гидротурбины больше, чем модельной, так как относитель­ные потери энергии на изогональных режимах работы у натурной турбины меньше. Величину приведенного расхода по универсальной характеристике выбирают в диапазоне Q'_{I MAX} ÷ Q'_{I MIN} (табл. 5.1) исходя из условия получения приемлемой высоты отсасывания.

По принятому значению приведенного расхода вычисляют диаметр турбины и округляют его для ПЛ турбин до ближай­шего большего нормализованного по таблице 5.2.

Если полученная вели­чина достаточно близка к меньшему нормализованному диаметру, то для РО турбин, можно принять это значение. В этом случае расчетная мощность гидротурбины будет обеспечена при несколько большем значении приведенного расхода. Для радиально-осевой турбины это приве­дет к некоторому уменьшению запаса мощности; для поворотно-ло­пастной гидротурбины небольшое увеличение приведенного рас­хода вполне допустимо, если принимаемый расход не превышает значения Q'_{I MAX}, л/с (см. табл. 5.1). Надо также иметь в виду, что пропускная способность натурной гидротурбины больше по срав­нению с геометрически подобной моделью, что обеспечивает увели­чение запаса мощности.

2. Кпд натурной гидротурбины ηТ вычисляют при помощи сле­дующих формул пересчета (см. Л № 7, п. 7.5):

при напорах Н < 150 м:

или

при напорах Н > 150 м

В нашем случае для расчетов будем использовать формулу пересчета второй группы и в общем виде может быть представлена как:

,

где ε = 0,25; γ = 5 и

Ниже приводится порядок пересчета КПД жестколопастных и поворотно-лопастных гидротурбин.

Радиально-осевые и пропеллерные осевые гидротурбины.

Зная максимальный КПД модели η_{М МАХ}, определяют максимальный КПД натурной турбины η_{Т МАХ}. Обычно разность

Δ η = η_{Т МАХ} - η_{М МАХ}

принимают одинаковой для всех режимов, в том числе и для расчетного режима. Тогда КПД натурной турбины η_Т = η_М + Δ η

Вычисленное значение η_Т подставляют в формулу

и уточняют величину приведенного расхода, при котором турбина развивает расчетную мощность.

Поворотно-лопастные гидротурбины.

На линии угла ф = const, проходящей через расчетную точку, находят максимальное значение КПД модели η_{М МАХ}, по которому определяют КПД турбины η_{Т МАХ} для принятого диаметра и вычисляют поправку на КПД

Δ η = η_{Т МАХ} - η_{М МАХ}

Найденную поправку Δ η принимают постоянной только для данного угла установки лопастей и вычисляют КПД натурной турбины в расчетной точке η_Т = η_М + Δ η.

Для определе­нии КПД турбины на различных режимах работы аналогично находят значения η_{М МАХ} и поправки Δ η для каждого угла установки лопастей рабочего колеса.

Таблица 5.3. Определение поправки КПД на различных углах установки лопастей рабочего колеса поворотно-лопастной гидротурбины