РАЗГОН ГИДРОТУРБИН. МЕРЫ БОРЬБЫ С РАЗГОНОМ
При внезапной разгрузке агрегата, неисправной системе регулирования или неисправном направляющем аппарате частота вращения ротора будет быстро возрастать и через некоторое время может достичь максимального для данной турбины значения, которое называется разгонной частотой вращения.
Разгонная частота вращения турбины данной серии определяется с помощью специальных модельных испытаний, в ходе которых модель турбины доводится до разгона при разных открытиях направляющего аппарата.
Полученные значения разгонной частоты вращения пересчитывают на турбину с
D1=1 м и Н=1м и строят разгонные характеристики турбины данной серии: зависимость приведенной разгонной частоты вращения п от открытий направляющего аппарата. Разгонная частота турбины определяется по формуле (об/мин)
Величина разгонной частоты вращения для турбин с неподвижными лопастями зависит от открытия направляющего аппарата и напора воды, а для поворотно-лопастных турбин еще и от угла установки лопастей. Наивысшая разгонная частота вращения достигается при полностью открытом направляющем аппарате или вблизи полного открытия. Для поворотно-лопастных турбин наивысшая разгонная частота вращения достигается при рассогласовании оптимального положения лопаток НА и лопастей колеса (комбинаторной зависимости), когда направляющий аппарат полностью открыт, а лопасти рабочего колеса имеют небольшой угол установки.
Значение разгонной частоты вращения при данном напоре действительных машин характеризуется коэффициентом разгона kp=np/n, т. е. отношением разгонной частоты вращения к нормальной.
Коэффициент k равен:
Для радиально-осевых и ковшовых турбин..................1,7— 2,1
» поворотно-лопастных, турбин при сохранении комбинаторной связи ...2,0 -2,2
» поворотно-лопастных турбин при нарушении комбинаторной зависимости .........2,4—2,6
Рис. 1.22. Разгонные характеристики поворотно-лопастных турбин при нарушении комбинаторной зависимости, различных углах установки лопастей и комбинаторных режимах
Рис. 1,21. Разгонные характеристики некоторых радиально-осевых колес
На рис. 1.21 приведены разгонные характеристики некоторых радиально-осевых рабочих колес разной быстроходности в зависимости от открытия направляющего аппарата. Из рисунка видно, что колеса для меньшего напора, большего коэффициента быстроходности, как правило, имеют большую величину разгонной частоты вращения.
На рис. 1.22 приведена разгонная характеристика поворотно-лопастного рабочего колеса типа ПЛ587, которая содержит ряд кривых, соответствующих различным значениям углов φ установки лопастей в зависимости от открытия направляющего аппарата. Как видно из характеристики, наибольшие значения разгонной частоты вращения имеют место при малых углах установки φ и при больших открытиях направляющего аппарата. Такое взаимное положение лопастей рабочего колеса и лопаток направляющего аппарата может быть лишь при нарушении комбинаторной зависимости.
При нормальной комбинаторной зависимости большему открытию направляющего аппарата соответствует больший угол установки лопастей рабочего колеса φ. Поэтому разгонная частота вращения при комбинаторном режил будет меньше. Величина ее зависит от приведенной частоты вращения п'I, соответствующей нормальному режиму работы турбины. Чем больше нормальная частот вращения, тем больше разгонная частота вращения. Это иллюстрируется семейство кривых, соответствующих разным приведенным частотам вращения турбины на универсальной характеристике при нормальных режимах.
Центробежная сила вращающихся частей гидроагрегата определяется по формуле:
где т — масса вращающегося тела; r — радиус инерции тела; ω — угловая скорость.
Разгонная частота вращения поворотно-лопастных гидротурбин может увеличиваться по сравнению с номинальной в 2—2,6 раза, следовательно, центробежные силы в узлах ротора могут возрастать почти в восемь раз. Разгон представляет серьезную опасность для агрегата, особенно для ротора генератора, масса которого в основном сосредоточена в ободе, имеющем большой диаметр. Поэтому центробежная сила, возникающая в нем при разгоне, достигает больших величин, чем в колесе поворотно-лопастных турбин, основная масса которого сосредоточена на меньшем диаметре. Ограничение расчетной величины коэффициента разгона позволяет существенно снизить массу и стоимость гидрогенератора и агрегата в целом.
Для предотвращения выхода агрегатов в разгон и снижения разгонной частоты вращения применялись различные схемы противоразгонных pащит и разнообразные противоразгонные устройства. В отечественной практике в качестве противоразгонной защиты наиболее часто применяется установка в системе регулирования золотника аварийного закрытия направляющего аппарата и более редко — быстропадающих щитов, размещаемых перед спиральной камерой или в отсасывающей трубе.
В соответствии с ГОСТом на поставку гидротурбины их следует проектировать таким образом, чтобы при полной разгонной частоте вращения напряжения в деталях турбин не превышали 0,9 от предела текучести материала; для поворотно-лопастных турбин полная расчетная частота вращения определяется при исправном действии механизма комбинаторной связи.
