Стартовая >> Архив >> Генерация >> Гидравлическое оборудование ГЭС и его монтаж

Основы теории гидротурбин - Гидравлическое оборудование ГЭС и его монтаж

Оглавление
Гидравлическое оборудование ГЭС и его монтаж
Введение
Основы теории гидротурбин
Явление кавитации в гидротурбинах
Модельные испытания и характеристики гидротурбин
Номенклатура гидротурбин
Выбор основных параметров гидротурбин
Конструкции гидротурбин
Рабочие колеса гидротурбин
Отсасывающие трубы гидротурбин
Конструктивные схемы современных гидротурбин
Конструкции основных узлов гидротурбин
Камера рабочего колеса
Направляющие аппараты реактивных гидротурбин
Сервомоторы направляющего аппарата
Рабочие колеса гидротурбин
Маслоприемники, валы гидротурбин
Подшипники гидротурбин
Вспомогательные механизмы гидротурбин
Вспомогательное оборудование гидроэлектростанций
Регулирование гидроагрегатов и автоматика
Котельные регуляторы
Регулирование  гидротурбин
Электрогидравлический регулятор скорости
Автоматическое управление гидротурбинами
Параметры гидрогенераторов
Конструктивные схемы гидрогенераторов
Статоры генераторов
Роторы генераторов
Крестовины генераторов
Подпятники
Направляющие подшипники
Вспомогательные устройства генераторов
Организация и подготовка монтажных работ
Организация и технология монтажных работ
Проектирование монтажных работ
Монтажно-сборочные и производственные базы
Подготовка оборудования к монтажу
Монтажные средства
Техника безопасности и промсанитария
Организация труда
Учет монтажных работ и техническая отчетность
Специальные подъемно-транспортные работы
Слесарно-подгоночные операции
Сборочные работы
Выверка и фиксация деталей и узлов
Требования к фундаментам и бетонированию
Производство монтажных работ в зимнее время
Технология монтажа вертикальных гидротурбин
Монтаж деталей проточной части высоконапорных радиально-осевых гидротурбин
Закладные детали поворотнолопастных гидротурбин - монтаж
Направляющий аппарат гидротурбины - монтаж
Рабочие колеса радиально-осевых гидротурбин - монтаж
Рабочие колеса поворотнолопастных гидротурбин - монтаж
Центровка ротора гидротурбины
Подшипники гидротурбин - монтаж
Монтаж системы регулирования
Монтаж вспомогательных механизмов гидротурбин
Особенности монтажа ковшовых гидротурбин
Организация сборки и монтажа вертикальных генераторов
Закладные части вертикального генератора - монтаж
Монтаж опорных конструкций вертикальных гидрогенераторов
Сборка и установка статора вертикальных гидрогенераторов
Сборка и установка ротора вертикального генератора
Монтаж подпятников вертикальных гидрогенераторов
Центровка ротора вертикального генератора
Соединение валов турбины и вертикального генератора
Центровка ротора вертикального гидроагрегата
Монтаж направляющих подшипников вертикальных гидрогенераторов
Монтаж системы возбуждения  и воздушного охлаждения вертикальных гидрогенераторов
Технологический процесс монтажа горизонтального гидроагрегата
Монтаж закладных деталей гидротурбины горизонтального гидроагрегата
Установка корпусов подшипников, направляющего аппарата  горизонтального гидроагрегата
Монтаж ротора гидротурбины горизонтального гидроагрегата
Монтаж горизонтальных гидрогенераторов
Центровка горизонтального гидроагрегата
Монтаж горизонтальных капсульных гидроагрегатов
Пуск, наладка и испытания смонтированных гидроагрегатов
Проверка гидроагрегата при заполненных водоподводящем и водоотводящем трактах
Пробный пуск гидроагрегата
Испытания гидроагрегата под нагрузкой
Вибрация гидроагрегата
Натурные энергетические испытания гидроагрегатов

ГЛАВА ПЕРВАЯ
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ГИДРОТУРБИН

1. МОЩНОСТЬ ВОДОТОКА И ГИДРОТУРБИНЫ

Мощность водотока зависит от расхода потока (количества протекающей воды в единицу времени) и напора, созданного на гидроэлектростанции, и равна:

(1-1)
где γ— удельный вес воды, 1000 кг/м3·,
Q — расход воды, м3/сек·,
Ну — напор установки, м.
Мощность гидротурбины будет меньше мощности водотока, так как часть энергии его неизбежно теряется по пути движения потока и в процессе преобразования энергии воды в механическую энергию рабочих органов турбины.
Напор, который используется в турбине, называется рабочим напором. Он всегда меньше напора установки на величину потерь энергии по пути движения воды от верхнего бьефа до турбины и в отводящем канале за турбиной, т. е.
0-2)
где H — рабочий напор, м;
hтр — потери напора в подводящих сооружениях, м;
hк—потери напора в отводящих сооружениях (каналах), м. Рабочий напор определяется разностью удельных энергий потока во входном сечении турбины и на выходе в нижнем бьефе (рис. 1-4):
(1-3)
где υ1 и υ2 — средние скорости течения потока в рассматриваемых сечениях, м/сек,
Р1 и р2 — средние давления, кГ/см2;
z1 и z2 — геометрическая высота сечения над плоскостью сравнения, м;
α1 и α2 — коэффициенты Кориолиса, учитывающие неравномерность распределения скоростей в сечениях; g — ускорение силы тяжести, м/сек2.
Таким образом, рабочий напор есть то количество удельной энергии, которое физически возможно использовать в турбине.
Мощность гидротурбины, замеренная на ее валу, равна:

(1-4)

где ητ — коэффициент полезного действия (к. п. д.), учитывающий потери мощности в турбине.
Мощность гидроагрегата, замеренная на шинах генератора, равна:
(1-5)
где ηг — к. п. д., учитывающий механические и электрические потери мощности в генераторе.

Рис. 1-4. Схема определения рабочего напора гидротурбинной установки.
В современных крупных гидротурбинах величина к. п. д. достигает 90—94%, а к. п. д. генератора колеблется в пределах 95—98%. Таким образом, максимальный к. п. д. крупного гидроагрегата может достигать 86—92%.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ГИДРОТУРБИН

Гидравлическая турбина является двигателем, в котором кинетическая и потенциальная энергия потока превращается в механическую энергию турбины. Механическая энергия турбины затем преобразуется с помощью генератора в электрическую энергию, которая через линии электропередачи подается к потребителю.
Современные гидротурбины обладают высокой степенью использования энергии потока, относительно большими скоростями вращения, возможностью сосредоточения значительной мощности в одном агрегате.
Энергия единицы веса жидкости, выражаемая уравнением закона сохранения энергии гидромеханики Д. Бернулли,
(1-6)
состоит из кинетической энергии υ2/2g и двух видов потенциальной: энергии давления p/γ и энергии положения z.
В зависимости от того, какие виды энергии преобразуются на рабочем колесе турбины, последние делятся на два класса: активные и реактивные турбины.
В активных (свободноструйных) гидротурбинах рабочее колесо вращается под воздействием свободной струи, обладающей кинетической энергией и имеющей одинаковые давления при входе на рабочее колесо и на выходе из него.

По конструктивным особенностям активные турбины делятся на ковшовые, наклонноструйные и двукратные. Практическое значение из них имеют только ковшовые турбины (рис. 1-5,а), применяемые в крупных гидроагрегатах для напоров от 300 до 1 700 м и в малых — при напорах 40—250 м.
Рабочие колеса турбин
Рис. 1-5. Рабочие колеса турбин различных типов.
а — ковшовой; б —осевой (поворотнолопастной); в — радиально-осевой.
В реактивных (напорноструйных) гидротурбинах рабочее колесо вращается в сплошном потоке, обладающем как кинетической, так и потенциальной энергией и имеющем при входе на рабочее колесо большее давление, чем на выходе из него.
Турбины этого класса являются наиболее распространенными и применяются для напоров от 1,5 до 500 м.
По конструктивным особенностям реактивные турбины разделяются на осевые (рис. 1-5,б) и радиально-осевые (рис. 1-5,в)
В осевых турбинах движение потока в зоне рабочего колеса в основном параллельно оси турбины, а в радиально-осевых поток постепенно меняет направление с радиального на осевое. Осевые турбины применяются двух конструктивных типов: пропеллерные— с неподвижно закрепленными лопастями рабочего колеса и поворотнолопастные, лопасти которых могут поворачиваться и а некоторый
угол вокруг своей оси. Наиболее распространены поворотнолопастные и радиально-осевые турбины.
Гидротурбина состоит из следующих основных элементов: подводящей камеры, направляющего аппарата, рабочего колеса, камеры рабочего колеса, отсасывающей трубы, вала, подшипников (см. рис. 1-1, 1-2).
В реактивных турбинах подводящая камера обычно имеет форму спирали, что обеспечивает наиболее равномерный по всей окружности подвод воды к направляющему аппарату. В активных турбинах вода подводится струей, и поэтому подводящая камера ковшовой турбины представляет собой трубопровод, а в случае нескольких струй — коллектор.
Направляющий аппарат турбины предназначен для обеспечения необходимого направления потока на входе в рабочее колесо и регулирования расхода турбины. В реактивных турбинах направляющий аппарат состоит из системы направляющих лопаток, поворачивающихся вокруг своих осей. Направляющий аппарат ковшовой турбины—сопло— представляет собой сужающийся насадок с перемещающейся внутри него в осевом направлении грушевидной иглой. При перемещении иглы изменяется проходное сечение сопла и таким путем регулируется расход воды.
Рабочее колесо является основным рабочим органом турбины, в котором энергия потока преобразуется в механическую энергию турбины. В поворотнолопастных турбинах при изменениях режимов работы поворот лопастей обеспечивает безударное обтекание их потоком, что дает возможность сохранять при этом максимально возможный к. п. д. турбины. У рабочего колеса радиально-осевой турбины лопасти неподвижны. Лопасти рабочего колеса ковшовой турбины (ковши) также закреплены неподвижно на наружном ободе рабочего колеса.
Отсасывающая труба является диффузором, обеспечивающим снижение скоростей на выходе из турбины и возможность использования энергии воды, выходящей из рабочего колеса. В большинстве случаев отсасывающую трубу из условий компоновки выполняют изогнутой. В ковшовых турбинах на выходе из рабочего колеса давление равно атмосферному, отсасывающая труба у этих турбин отсутствует.

7. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ГИДРОТУРБИНЫ

Величина потерь энергии в турбине зависит как от диаметра рабочего колеса, так и от напора, причем с увеличением диаметра рабочего колеса составляющие потерь энергии в турбине (гидравлические, объемные и механические) относительно уменьшаются, а следовательно, к. п. д. натурной турбины в сравнении с к. п. д. модельной турбины должен увеличиваться.
Теоретическое определение к. п. д. турбины затруднительно из-за недостаточной изученности законов изменения потерь в турбине. Поэтому практически к. п. д. натурной турбины определяется пересчетом с экспериментально полученного к. п. д. модельной турбины по эмпирическим формулам.
Наиболее распространенными из них являются:
а) для турбин, работающих при Н<150 м,
(1-17)
где η — к. п. д. турбины;
ηм — к. п. д. модели;
D1 — диаметр рабочего колеса турбины;
D1м— диаметр рабочего колеса модели;
б)         для турбин, работающих при Н>150 м,
(1-18)
Однако приведенные формулы пересчета дают наименьшие погрешности при оптимальном расчетном режиме работы турбины. При нагрузках, не соответствующих оптимальному режиму, эти формулы дают некоторое преувеличение к. п. д.
При определении к. п. д. натурных ковшовых турбин поправку на изменение диаметра рабочего колеса и напора можно не вводить, если модель испытывалась с диаметром струи более 55 мм. В таких случаях к. п. д. натурной турбины можно принимать по модельным испытаниям без пересчета, т. е. считать η=ηм·



 
« Генератор вихрей   Гидратный водно-химический режим на электростанциях с барабанными котлами »
электрические сети