Стартовая >> Архив >> Генерация >> Эксплуатация гидроагрегатов

Турбины Френсиса - Эксплуатация гидроагрегатов

Оглавление
Эксплуатация гидроагрегатов
Общие сведения о гидросиловых установках
Типы гидроэлектрических установок
Общее понятие о гидравлических турбинах
Решетки, щиты, шандоры и затворы гидротурбин
Новые типы гидротурбинных установок
Турбины Френсиса
Конструктивные узлы турбины Френсиса
Турбины Каплана и пропеллерные
Конструктивные узлы турбины Каплана и пропеллерных
Турбины Пельтона
Конструктивные узлы турбины Пельтона
Автоматические регуляторы скорости гидротурбин
Регуляторы проточного и котельного типов
Узлы регуляторов проточного типа
Узлы регуляторов котельного типа
Универсальный котельный регулятор
Маслонапорные установки регуляторов котельного типа
Затворы перед турбинами
Холостые спуски
Воздухоподводящие устройства
Центробежные выключатели
Водоотливные устройства гидротурбин
Типы гидрогенераторов и их главнейшие части
Подшипники и подпятники
Система смазки и охлаждения подшипников и подпятников
Тормозные устройства
Вентиляционные установки и защитные устройства от пожара
Возбуждение гидрогенераторов
Приемка гидротурбин в эксплуатацию
Методы определения коэффициента полезного действия гидроагрегата
Приемо-сдаточная документация
Регулирование стока
Характеристики гидротурбин
Наивыгоднейшие режимы работы гидротурбин и гидростанций
Параллельная работа агрегатов
Использование агрегатов в качестве синхронных компенсаторов
Влияние износа оборудования
Понятие о себестоимости гидроэлектроэнергии
Организация эксплуатации
Периодические осмотры и испытания
Оперативно-техническое обслуживание гидроагрегатов
Управление агрегатом в процессе эксплуатации
Работа защиты и сигнализации
Уход за гидроагрегатом и контроль его работы
Перевод работы гидрогенератора в режим работы синхронного компенсатора
Техника безопасности при эксплуатации
Автоматизация гидроагрегатов
Ненормальности в работе турбин и вспомогательного оборудования
Ненормальности в работе автоматических регуляторов
Ненормальности в работе маслонапорных установок
Ненормальности в работе гидрогенераторов
Аварии гидротурбинного оборудования
Аварии оборудования гидрогенераторов
Остановка гидроагрегатов  вследствие неблагоприятных природ явлений
Ремонт гидротурбинного оборудования
Организация и нормирование ремонтных работ
Основные приемы и методы производства ремонтных работ
Техника безопасности при ревизиях и ремонтах
Запасные части гидротурбин

ГЛАВА II
ТУРБИНЫ ФРЕНСИСА

§ 8. Коэффициент быстроходности гидротурбин.

Типы рабочих колес турбин Френсиса

Все гидравлические турбины, в том числе и турбины Фрейсиса, характеризуются особой величиной, называемой коэффициентом быстроходности. Под коэффициентом быстроходности подразумевается число оборотов в минуту такой турбины, которая, будучи геометрически подобна данной действительной турбине, развивает мощность в 1 л. с. при напоре в 1 м. Геометрически подобная турбина — это своего рода модель данной действительной турбины, у которой все одноименные линейные размеры (диаметр рабочего колеса, размеры лопастей, высота направляющих лопаток и др.) пропорциональны размерам действительной турбины.
Коэффициент быстроходности обозначается через n5 и вычисляется по формуле:
где n — число оборотов в минуту действительной турбины,
N— мощность ее в лошадиных силах,
H— напор в метрах.
Имея заданными напор Я, мощность N и число оборотов n, находят необходимую величину коэффициента быстроходности ns чем и определяют тип турбины, который следует выбрать для данной гидротурбинной установки.
Таблица I

Ниже приводим ориентировочную таблицу коэффициентов быстроходности, свойственных различным типам турбин.
Коэффициент быстроходности является одним из основных критериев при выборе типа турбины при данных ее мощности, напоре я числе оборотов.
Чтобы уяснить себе значение коэффициента быстроходности, возьмем для сравнения следующие примеры.

  1. Главные турбины одной из ГЭС имеют N = 10 000 л. с., Н — 10,5 м, n= 75 об/мин и коэффициент быстроходности:


т. е. геометрически подобная модель этой турбины будет иметь 400 об/мин (при N = 1 л. с. и H=1 м ).

  1. Вспомогательная турбина той же ГЭС при N = 1400 л. с., n—150 об/мин и том же напоре H=10,5 м имеет:

  1. Главные турбины другой ГЭС при N = 37 500 л. с., n= 75 об/мин и Я = 11 м имеют:


Из рассмотренных примеров видно, что коэффициенты быстроходности главных турбин обеих гидростанций оказались весьма различными (400 и 725), несмотря на то, что их действительное число оборотов одинаково и равно 75 об/мин.
Однако надо твердо усвоить, что более быстроходный тип турбин вовсе не означает того, что турбина большей быстроходности имеет всегда более высокое число оборотов. Так, например, вспомогательная турбина первой из рассмотренных ГЭС имеет коэффициент быстроходности, равный 300, т. е. значительно меньше, чем у главных турбин, между тем действительное число оборотов ее равно 150 в минуту, т. е. в два раза больше, чем у главных.
По формуле коэффициента быстроходности и приведенной табл. 1 обычно производят выбор типа турбины. Из формул видно, что при малых и средних напорах и больших мощностях (больших расходах), что имеет место в равнинных реках, следует установить турбину Френсиса быстроходного типа, турбину Каплана или пропеллерную. При больших напорах (малых расходах) следует установить турбину Френсиса тихоходного типа или турбину Пельтона. Последние имеют наибольшее распространение в горных условиях (деривационные установки).

Рис. 10. Тихоходное рабочее колесо турбины Френсиса

Рис. 11. Быстроходное рабочее колесо
Тип рабочего колеса для турбин Френсиса характеризуется различной формой и соотношением размеров элементов колеса, его лопастей и т. д. Для наглядности на рис. 10, 11 показаны два основных типа рабочих колес турбин Френсиса: тихоходный и быстроходный. Отличительной внешней особенностью их является то, что у тихоходного типа внешний входной диаметр D1 больше выходного диаметра колеса D3; быстроходный тип имеет входной диаметр Dх меньше диаметра D3.

Второй характерной особенностью этих колес является увеличение отношения входной высоты лопаток В0 к диаметру D1 с увеличением быстроходности. Кроме того, эти колеса различаются между собой также величиной искривления лопастей, особенно выходной кромки.
Турбины Френсиса имеют в настоящее время широкое распространение благодаря простоте их конструкции, легкости в монтаже и демонтаже, а также надежности в эксплуатации. Они строятся с горизонтальным или вертикальным валом. Иногда, в целях увеличения числа оборотов, их строят сдвоенными, т. е. располагают на одном, обычно горизонтальном, валу два рабочих колеса. Крупные гидротурбины обычно строятся вертикального типа.

§ 9. Регулирующие механизмы турбины

На всех средних и крупных гидростанциях устанавливаются агрегаты в составе турбины и непосредственно соединенного с ней генератора переменного тока, работающего в общую электрическую сеть. В связи с этим, в процессе эксплуатации необходимо поддерживать постоянство числа оборотов агрегата для сохранения постоянства частоты переменного тока, вырабатываемого генератором. Такое постоянство может быть обеспечено в том случае, если по возможности постоянно будет сохраняться соответствие между мощностью, развиваемой турбиной, и нагрузкой генератора. Практически, в условиях эксплуатации, нагрузка
на генератор, а иногда и действующий напор не остаются постоянными, а потому в случае избытка развиваемой турбиной мощности происходит увеличение числа оборотов агрегата, и наоборот, в случае превышения нагрузки генератора над развиваемой турбиной мощностью, число оборотов агрегата уменьшается. Это вызывает нежелательные колебания оборотов агрегата и частоты в электрической сети. Поэтому для регулирования числа оборотов агрегата обычно изменяют количество воды, поступающей в турбину.

Рис. 12. Схема действия направляющего аппарата
Это осуществляется при помощи регулируемого направляющего аппарата, представляющего собой ряд поворачивающихся вокруг своих осей направляющих лопаток удобообтекаемой формы, расположенных в статоре турбины вокруг рабочего колеса. На рис. 12 схематически изображена часть направляющего аппарата в плане. Направляющие лопатки 1, 2, 3, 4 укреплены на оси в верхнем и нижнем кольцах В направляющего аппарата. При помощи шарнирных серег а лопатки связаны с регулирующим кольцом А. Таким образом при повороте регулирующего кольца все лопатки направляющего аппарата одновременно поворачиваются вокруг своих осей, и проходное сечение между лопатками уменьшается или увеличивается, чем изменяется расход воды, поступающей через направляющий аппарат к рабочему колесу турбины. На рис. 12 направляющие лопатки 1 и 2 полностью закрыты, когда регулирующее кольцо А повернуто в крайнее левое положение. Лопатки 3 и 4 изображены в положении некоторого открытия, когда регулирующее кольцо А повернуто несколько вправо по часовой стрелке.

Рис. 13. Схема ручного привода к регулирующему кольцу вертикальных турбин: 1 — регулирующее кольцо; 2 — тяги; 3 — регулирующий вал; 4 — двуплечий рычаг; 5 — ручной штурвал
На рис. 12 регулирующее кольцо А расположено непосредственно под направляющими лопатками. Такое расположение весьма часто применяется на сравнительно небольших гидротурбинных установках и называется внутренним регулированием. При этом, как видно, регулирующее кольцо находится полностью в воде, а потому во время работы агрегата недоступно для осмотра. На крупных гидротурбинных установках регулирующее кольцо с серьгами и рычагами лопаток направляющего аппарата находится на крышке турбины, а потому вполне доступно для осмотра во время работы турбины. Такое регулирование называется внешним.
Поворот регулирующего кольца в небольших гидротурбинных установках производится машинистом вручную при помощи маховичка, связанного кинематически с регулирующим кольцом. На рис. 13 изображена примерная схема такого ручного привода к регулирующему кольцу вертикальной турбины.
В средних и крупных гидротурбинных установках для поворота регулирующего кольца и лопаток направляющего аппарата применяются вспомогательные механизмы, так называемые сервомоторы.
Сервомотор представляет собой закрытый с обеих сторон цилиндр, внутри которого перемещается поршень с выходящим наружу штоком. Шток поршня сервомотора кинематически связан с регулирующим кольцом направляющего аппарата. Перемещение поршня происходит под действием давления масла, поступающего в полости сервомотора от маслонапорной установки регулятора (подробнее см. гл. V, § 18). Для уменьшения габаритных размеров сервомоторов и упрощения передач в современных крупных гидротурбинных установках часто применяется два сервомотора, кинематически связанных с регулирующим кольцом, как это схематически показано на рис. 14.


Рис. 14. Схема привода регулирующего кольца от двух сервомоторов:
1 — регулирующее кольцо; 2 — тяги; 3 — сервомоторы; 4 — масляные трубопроводы.



 
« Эксплуатация генераторов   Эксплуатация электростанций, работающих при сверхкритических параметрах »
электрические сети