Кавітація в турбінах і вибір відмітки робочого колеса. Конструкція основних вузлів гідрогенераторів

План

1. Кавітація в турбінах і вибір відмітки робочого колеса. Допустима висота відсмоктування. Регулювання гідротурбін. Види турбінних камер, їх призначення. Конструктивні особливості відсмоктувальних труб

1.1 Кавітація в гідротурбінах і вибір відмітки робочого колеса

1.2 Допустима висота відсмоктування

1.3 Турбінні камери ГЕС

1.4 Відсмоктувальні труби ГЕС

1.5 Регулювання гідротурбін

2. Конструкція основних вузлів гідрогенераторів. Підбір гідрогенераторів і визначення їх основних розмірів. Компонування гідроагрегатів. Трансформатори. Вантажопідйомні механізми. Допоміжне обладнання ГЕС

2.1 Гідрогенератори ГЕС

2.2 Підбір гідрогенераторів

2.3 Компонування гідроагрегатів

2.4 Трансформатори ГЕС

2.5 Механічне та допоміжне обладнання ГЕС, вантажопідйомні механізми

Список рекомендованої літератури

1.1 Кавітація в гідротурбінах і вибір відмітки робочого колеса

Кавітація - це динамічний процес, що характеризується місцевим розривом суцільності потоку рідини з утворенням паро-газових пустот і наступним їх змиканням.

Значна кавітація призводить до падіння к.к.д. турбін, пульсації тиску у потоці і шкідливих вібрацій всього гідроагрегату. Наслідком кавітації є кавітаційна ерозія, яка розрушує проточну частину турбіни.

Кавітація погіршує енергетичні і експлуатаційні характеристики гідромашин, що не допустимо при нормальній їх роботі. Виникає вона внаслідок зменшення тиску в рідині. Кавітація не виникатиме, коли у всіх точках проточного тракту тиск ра,і буде більший, ніж тиск насиченої водяної пари рвп:

ра,і>рвп.

Коефіцієнт кавітації (s) показує, яку частину напору турбіни становить динамічне розрідження у проточному тракті:

де В - барометричний тиск, м;

Hs - висота відсмоктування (висота розміщення робочого колеса відносно рівня нижнього б’єфу), м;

Hd - напір, який відповідає тиску водяної пари при певній температурі, м;

H - напір на установці, м.

Висотне розміщення турбіни, або відмітка робочого колеса (ÑРК) характеризується допустимою висотою відсмоктування (Hs) за умови безкавітаційної роботи при усіх можливих режимах в межах робочої зони на головній універсальній характеристиці. Визначається вона за залежностями:

ÑРК=ÑНБ+Hs,

ÑPKK=Ñ+HKs,

де НКs - конструктивна допустима висота відсмоктування, м.

Конструктивна допустима висота відсмоктування залежить від геометричних розмірів та робочих характеристик робочого колеса турбіни і визначається за залежностями:

для РО і діагональних турбін:

для вертикальних ПЛ-турбін:

для горизонтальних капсульних агрегатів:

де b0 - висота направляючого апарату, м;

h1 - висота камери робочого колеса турбіни, м.

1.2 Допустима висота відсмоктування

Щоб у проточному тракті турбіни не виникала кавітація, необхідно обмежувати висоту відсмоктування:

де Ñ - абсолютна відмітка розташування турбіни над рівнем моря, м;

k – коефіцієнт запасу, k=1,05...1,1.

Інші методи боротьби із кавітацією такі:

1) виготовлення турбіни із нержавіючої сталі або захист її деталей шаром нержавіючої сталі;

2) вибір правильної форми робочого колеса;

3) вибір правильного режиму експлуатації;

4) додаткове заглиблення турбіни;

5) подача повітря у зони кавітації (аерація потоку).

1.3 Турбінні камери ГЕС

Турбінні камери призначені для підводу води від водоприймача ГЕС до направляючого апарату турбіни. До них висуваються наступні вимоги:

1) рівномірне по всьому периметру постачання водою направляючого апарату;

2) гідравлічні втрати у самій камері, у статорі і при вході потоку у направляючий апарат повинні бути мінімальними;

3) форма і розміри турбінної камери повинні відповідати умовам компонування блоку будівлі ГЕС.

Турбінні камери бувають чотирьох видів:

- спіральні: бетонні або залізобетонні (при Н=4...80 м) і металеві (при Н=40...700 м), які використовуються практично для всіх типів турбін;

- прямоточні - використовуються для осьових направляючих апаратів (капсульних гідроагрегатів);

- відкриті безнапірні - для малих низьконапірних турбін (D1<160 см і Н до 6,0 м);

- кожухові - для горизонтальних малих турбін (D1<100 см, Н<25,0 м).

Металеві спіральні камери мають кут обхвату j0=340...3500, поперечний переріз має круглу форму. Ближче до кінця турбінної камери із зменшенням витрати площа поперечного перерізу зменшується .

Бетонні та залізобетонні турбінні камери мають менші кути обхвату j0=180...2700, виконуються трапецієвидного типу і можуть бути такого виду:

а) розвинені вниз із постійною відміткою стелі;

б) розвинені вверх із постійною відміткою підлоги;

в) таврові із перемінними відмітками стелі та підлоги.

При напорах Н>50 м, у бетонних та залізобетонних камерах виконують сталеве лицювання стінок. В основному воно служить протифільтраційним заходом. Товщина сталевих листів коливається в межах 10...16 мм.

Вихідним положенням для розрахунків турбінних камер є рівномірний розподіл витрати у статор і направляючий апарат по його периметру.

Витрата у j-му перерізі турбінної камери визначається за залежністю:

[м3/с],

а площа поперечного перерізу j-ї ділянки рівна:

[м2],

де Qагр - витрата гідротурбіни, м3/с;

j - кут повороту турбінної камери;

nсп.вх. - початкова швидкість у спіральній камері, м/с.

1.4 Відсмоктувальні труби ГЕС

Форма і розміри відсмоктувуальних труб визначають габаритні розміри підводної частини будівлі ГЕС з реактивними турбінами, а також відмітку закладання основи фундаменту.

Відсмоктувальні труби повинні забезпечувати:

1) перетворення кінетичної енергії, яка виходить із лопатевої системи гідроагрегата потоку в енергію тиску;

2) повне використання перепаду рівнів між верхнім і нижнім б’єфами ГЕС при розташуванні робочого колеса вище рівня води у відвідному каналі;

3) ефективні умови відводу води від гідромашини у відвідний канал ГЕС.

Існує два види відсмоктувальних труб:

- прямоосні конічні, які використовуються для малих турбін і горизонтальних капсульних агрегатів;

- труби із вигнутим коліном, що складаються із конуса круглого поперечного перерізу, коліна, яке переходить із круглого у прямокутний переріз, і відвідного дифузора прямокутного, постійно зростаючого перерізу.

Вихідний переріз відсмоктувальної труби повинен бути заглиблений під мінімальний рівень нижнього б’єфу не менше, ніж на 0,5 м і закінчуватися колектором із радіусом заокруглення не меншим, ніж 0,03D1.

Основними габаритними розмірами відсмоктувальної труби є висота h, довжина L і ширина дифузора на виході B5.

Вимоги до проектування:

1) дифузор повинен бути симетричним осі блоку, тому коліно часто влаштовується асиметричним;

2) при ширині дифузора на виході В5>10...12 м влаштовуються 1-2 проміжні бички товщиною 1,8...2,5 м;

3) в руслових ГЕС розмір В5 збільшується до ширини спіральної камери і проміжний бичок проектується наскрізним;

4) якщо мінімальне затоплення вихідної частини дифузора не забезпечується, конструктивно необхідно збільшити висоту конуса;

5) якщо затоплення дуже велике, дифузор рекомендується робити із зворотнім похилом до 130;

6) в межах дифузора влаштовуються пази ремонтного і аварійно-ремонтного затворів відсмоктувальної труби.

1.5 Регулювання гідротурбін

Потужність ГЕС рівна сумі потужностей працюючих агрегатів:

NГЕС=åNa=åNтоhг.

При цьому розподіл навантаження між окремими агрегатами може бути різний. Оптимальним розподілом навантаження є таке, при якому сумарна витрата всіх турбін мінімальна, або середній к.к.д. має найбільше значення.

Система автоматичного регулювання (САР) підтримує постійну частоту обертів агрегату (частоту струму у мережі) при зміні навантаження у ній. Основними елементами САР є автоматичний регулятор швидкості, який складається із колонки управління і маслонапірної установки та силові механізми – серводвигуни. Маслонапірна установка складається із масло-повітряного котла, масляних насосів і зливного бачка і забезпечує роботу систем регулювання та керування агрегатом.

Об’єм котла маслонапірної установки визначається за залежністю:

WK=(20...25)WCHA+(3...4)WCPK+3Wзатв+(9...10)WXB, м3,

де WCHA – об’єм двигунів направляючого апарату, м3;

WCPK – об’єм робочого колеса (для ПЛ-турбіни), м3;

Wзатв – об’єм дискових і шарових затворів, м3;

WXB – об’єм холостих випусків, м3.

2. Конструкція основних вузлів гідрогенераторів. Підбір гідрогенераторів і визначення їх основних розмірів. Компонування гідроагрегатів. Трансформатори. Вантажопідйомні механізми. Допоміжне обладнання ГЕС

2.1 Гідрогенератори ГЕС

Машини, які перетворюють механічну енергію обертів турбіни в електричну, називаються гідрогенераторами. На ГЕС, як правило, встановлюються синхронні генератори трифазного струму вертикального виконання

Основними елементами гідрогенератора є нерухома частина – статор та ротор, який приводиться в обертовий рух робочим колесом турбіни, закріпленим на одному валу із ним. На роторі закріплюються полюси генератора. Вал генератора жорстко з’єднаний із валом турбіни.

Електричний струм знімається із статора. Активна сталь статора разом із полюсами ротора створює магнітну систему.

Генератори – це досить досконалі машини, які мають коефіцієнт корисної дії hг=96...98,4 %.

Страницы: 1, 2

В соцсетях