2.8 Выбор числа агрегатов гэс

В результате выполнения расчетов для каждого из заданных вариантов количества агрегатов получены следующие данные:

• расчетный напор и мощность турбины;

• тип гидротурбины;

• синхронное число оборотов;

• разгонное число оборотов и его соответствие допустимому разгонному числу оборотов;

• высота отсасывания;

• масса турбины и рабочего колеса;

• бетоноёмкость агрегатного блока ГЭС и всего здания ГЭС.

Выбор оптимального количества агрегатов выполняется по нескольким критериям – максимальный выработке электроэнергии, средневзвешенному КПД ГЭС, минимальный сметной стоимости гидроузла и т.д. в нашем случае при выполнении учебного проекта предпочтение отдаем варианту с минимальной бетоноемкостью здания ГЭС.

Далее для выбранного варианта количества агрегатов приступаем к расчету проточной части агрегата.

Таблица 2.8.1 – Выбор типа и оптимального числа агрегатов

n	Тип турбины	nс, об/мин	nр, об/мин	nр/nс	РК	MОБ, т	MРК, т	V, тыс. м3	ηмо, %
2	ПЛ20	100	216,88	2,16	294,46	499,68	57,46	10,81	0,922
4	ПЛ20	150	323,71	2,15	294,46	375,99	28,82	6,99	0,917
2	ПЛ15	107,1	228,5	2,13	291,82	499,68	57,46	10,96	0,935
4	ПЛ15	166,7	317,36	1,90	291,82	375,99	28,82	7,11	0,931

Принимается турбина типа ПЛ15 при числе агрегатов на станции n= 4.

Рабочее колесо турбины с размерами (таблица 1.8.4) изображено на рисунке 1.

Таблица 2.8.2 – Основные размеры рабочего колеса

D1,м	D0,м	Z0, шт	Db,м	Da,м	D4,м	~R,м	h1,м	h2,м	b0,м
3,6	4,65	24	5,420	6,200	6,300	0,350	0,450	0,350	1,6

Размеры рабочих колес ПЛ турбин выбираются в зависимости от номинального диаметра по следующим соотношениям:

,

,

;

,

;

Рисунок 2.8.3 – Рабочее колесо турбины ПЛ20

3 Расчет проточного тракта турбины

3.1. Турбинная камера

Подвод воды к рабочим колесам турбины осуществляется через турбинные камеры, формы и конструкции которых бывают весьма разнообразными. Выбор той или иной конструкции зависит от размера турбины и рабочего напора. Задача расчета турбинной камеры сводится к определению размеров сечений и очертания ее канала. Турбинная камера должна обеспечивать:

• минимально возможное нарушение осевой симметрии потока перед направляющим аппаратом;

• циркуляцию, близкую к требуемой для получения заданной мощности турбины;

• величину средних скоростей потока, при которой гидравлические потери в турбинной камере и направляющем аппарате не превышают допустимых пределов;

• равномерную подачу воды по периметру статора турбины и направляющего аппарата.

По материалу спиральные камеры выполняются из железобетона, металла, и железобетона и металла. Существует 2 основных типа спиральных камер:

• бетонные с углом охвата 180-270º;

• металлические с углом охвата 345-360º.

Для вертикальных ПЛ-турбин (ПЛ15, ПЛ20, ПЛ30, ПЛ40) при напорах до 50 м применяют исключительно железобетонные спиральные камеры.

Принимаем бетонную камеру с углом охвата φ_охв=210º.

Полный расход через турбину при расчетных значениях напора и мощности определим по формуле

(2.7)

где N_уст. - установленная мощность агрегата на гидростанции, кВт;

=0,931 - КПД турбины, для ПЛ15 ;

H_p - расчетный напор, H_p =11,6 м.;

Расход через входное сечение спирального канала камеры

, (2.8)

где _вх. - угол входа (охвата), для бетонных спиральных камер принимаем φ=180⁰ , град.

Средняя скорость во входном сечении, согласно графику рис.7.7 [1], равна 3,1 м/с.

При этом скоростной коэффициент

(2.9)

Площадь входного сечения спирального канала

(3.0)

Найдем окружной радиус и высоту входного сечения. Для спиралей, имеющих плоский потолок и угол охвата φ=180⁰ рекомендуются следующие значения отношения r_вх/D₁ в зависимости от величины расчетного приведенного расхода , =1,6.

(3.1)

По [1], табл. 7.2 устанавливаем: , , . Угол γ принимаем равным 15⁰.

(3.2)

Высота направляющего аппарата:

(3.3)

Высота входного сечения рекомендуется принимать из условия:

,

Принимаем

Для входного сечения размеры спиральной камеры выбирают с соблюдением следующего условия

при n или m равным 0:

Проверяем принятую высоту входного сечения:

- проверка выполняется.

Зная общий расход , попадающий в спиральную камеру, зная среднюю скорость во входном сечении камеры и определив площадь входного сечения строим входное сечение спиральной камеры. Далее определяем размеры и положения в плане других (i-тых) сечений камеры.

Положение i-го сечения можно определить по формуле:

(3.4)

Для построения спиральной камеры в плане задаются рядом сечений и в выбранном масштабе строят зависимость отношения b/r от радиуса r. Для входного сечения изменения b/r в пределах от всех В_вх до b и, соответственно, от R_вх до r_b выражается кривой, а площадь под этой кривой представляет в выбранном масштабе величину S_вх. Последующие кривые дают в том же

масштабе значения S_i. Для каждого значения S_i вычисляют по формуле (3.4) соответствующий ему координатный угол φ_i. Зная значения φ_i и r_i , строится очертание в плане внешнего контура спиральной камеры (рис. 3.1.1).

Рисунок 3.1.1. Бетонная спиральная камера таврового сечения турбины ПЛ20

Расчет сведен в таблицу 3.1.2

Таблица 3.1.2– Таблица к построению очертания спиральной камеры

№ сечения	bi,м	ri,м	bi/ri	b0/ra	b0/rb	Fi, м2	φi, град
1	4,76	5,75	0,82	0,51	0,59	14,01	159
2	3,98	5,10	0,78			9,94	112
3	3,21	4,45	0,72			6,37	72
4	2,43	3,80	0,63			3,41	38

Рис.3.1.3 План бетонной спиральной камеры