При значительных колебаниях верхнего и нижнего бьефов гидроэлектростанции производительность эжектора ТВС меняется в широких пределах, что приводит к нарушению нормальной эксплуатации системы технического водоснабжения. Кроме того, не представляется возможным проектировать один нерегулируемый эжектор и приходится рассчитывать несколько эжекторов равной или разной производительности, работающих при различных уровнях воды в бьефах. Такая система водоснабжения весьма сложна в эксплуатации.
Обеспечение потребителей системы ТВС в большом диапазоне изменения расходов и при значительных колебаниях уровней верхнего и нижнего бьефов экономически целесообразно производить путем регулирования расхода охлаждающей воды. Регулирование расхода воды в системе ТВС может осуществляться нерегулируемыми эжекторами совместно с регулятором давления на выходе (см. рис. 14, а, подобная система была применена, например, для ТВС на Усть-Илимской ГЭС) или регулируемым эжектором (см. рис. 14,б). Предпочтительнее устанавливать один регулируемый эжектор.
Анализируя преимущества и недостатки указанных выше способов регулирования расхода в системе ТВС, нетрудно установить, что применение регулируемых эжекторов обеспечивает более простую, надежную и экономически более целесообразную систему ТВС.
Для сопоставления работы нерегулируемых и регулируемых эжекторов ТВС на рис. 15 приведены эксплуатационные характеристики для обоих видов эжекторов. Как видно, для обеспечения необходимого значения при заданном Нвых в системе нерегулируемого эжектора требуется создать дополнительное гидравлическое сопротивление ∆НВЬ1Х . В системе же регулируемого эжектора обеспечение необходимого значения Овых при том же заданном Нвых достигается путем изменения открытия сопла S (рис. 14,б), что приводит к смешению характеристики Qвых= f(Нвых). Это обусловливает более высокий коэффициент полезного действия системы с регулируемыми эжекторами по сравнению с нерегулируемыми.
Так, для системы ТВС Саяно-Шушенской ГЭС при выходном расходе Qвых=0,42 м3/с значения КПД для регулируемого эжектора превышают значения КПД для нерегулируемого эжектора приблизительно на 15%. Кроме того, конструкция регулируемого эжектора ТВС дает возможность автоматически регулировать расход охлаждающей воды с целью поддержания постоянной температуры активных частей генераторов и трансформаторов, что увеличивает их срок службы.
Оснащение ГЭС контрольно-измерительной аппаратурой для контроля режима водотока и работы турбины позволяет автоматизировать регулирование расхода технической воды. Тем самым создается возможность включить эжектор в систему автоматического управления технологическим процессом (АСУТП) гидроэнергетической установки, что имеет важное значение для повышения качества и надежности энергоснабжения, удешевления стоимости вырабатываемой энергии, сокращения обслуживающего персонала и т. п.
Рис. 14. Схемы регулирования расхода воды в системе ТВС ГЭС: а — нерегулируемый эжектор ТВС с регулятором давления на выходе; б - регулируемый эжектор ТВС
1 — потребитель; 2 — регулятор давления; 3 — насадок; 4 - игла
Рис. 15. Эксплуатационная характеристика регулируемого (кривая 7) и нерегулируемого (кривая 2) эжекторов ТВС и потребителя (кривая 3) при некотором значении расчетного расхода на выходе из эжектора (кривая 4)
Из литературы [4] известно, что регулируемые эжекторы для крупных гидроэлектростанций впервые были применены на ГЭС Гренд-Кули, причем напоры рабочего потока не превышали 100 м. Данные об эксплуатации подобных конструкций весьма ограничены, так как они не нашли еще широкого применения. Ввиду почти полного отсутствия опыта расчета и проектирования регулируемых эжекторов на ЛМЗ впервые была предпринята попытка создать методику расчета регулируемых эжекторов. При этом возникли проблемы в оценке оптимальности конструкции сопла, т. е. углов конусности иглы и насадка, зависимости рабочего расхода от хода иглы, зависимости всасывающей способности эжектора от рабочего расхода сопла и другие. Первая из перечисленных проблем была решена следующим образом. На основании экспериментальных данных исследования сопел ковшовых гидротурбин и ориентировочных расчетов на ЛМЗ были спроектированы модели сопел, имеющих насадки и иглы с разными углами конусности.
Экспериментальные исследования моделей таких эжекторов подтвердили теоретические предпосылки, позволили рекомендовать оптимальное сочетание углов конусности сопла и насадка (см. А. С. 640047 СССР, MKH3F04F 5/02) и уточнить характеристику сопла, т. е. зависимость рабочего расхода от хода иглы.
Для решения второй проблемы было принято допущение, что регулируемый и нерегулируемый эжекторы, работающие в одном и том же напорном режиме и имеющие равные расходы рабочего потока, обладают одинаковой всасывающей способностью. На основании этого допущения расчет регулируемого эжектора сводится к расчету эквивалентного нерегулируемого эжектора в условиях установившегося режима. При изменении открытия сопла (5) регулируемого эжектора путем передвижения регулирующей иглы соответственно меняется и рабочий расход Qρ, что приводит к изменению диаметра эквивалентного нерегулируемого эжектора, выбранного из условия равенства рабочих расходов. При этом расчет эксплуатационной характеристики регулируемого эжектора в определенном напорном режиме проводится в следующей последовательности: при каждом заданном открытии сопла определяется расход рабочего потока, скорость рабочего потока, диаметр сопла эквивалентного нерегулируемого эжектора и затем рассчитывается этот нерегулируемый эжектор по ранее указанной методике.
Рис. 16. Зависимость Q' =f(S')
Указанная методика расчета регулируемого эжектора была реализована при проектировании и экспериментальных исследованиях крупномасштабной модели (масштаб 1 ; 2,5) и натурных исследованиях регулируемого эжектора ТВС на Саяно-Шушенской ГЭС, а также - при проектировании эжектора ТВС для Зейской ГЭС. Удовлетворительное совпадение расчетных и экспериментальных данных подтвердило правомерность принятых основных допущений при расчете регулируемого эжектора и позволило считать, что эжектор, спроектированный по предложенной методике, будет работать надежно, а его эксплуатационные характеристики будут соответствовать расчетным.
На основании полученных данных строят эксплуатационные характеристики регулируемого эжектора и соответствующую характеристику потребителя (рис. 17).
Анализ эксплуатационных характеристик регулируемого эжектора показывает возможность высокоэффективной его работы в широком диапазоне изменения производительности при условии больших колебаний уровней верхнего и нижнего бьефов, а также мощности гидроагрегата. Расчет регулируемого эжектора сводится к расчету двух поперечных размеров: диаметра сопла и диаметра камеры смешивания. Продольные размеры проточной части эжектора, как и для нерегулируемого эжектора, являются нерасчетными и принимаются на основании экспериментальных данных. Экспериментальным путем также устанавливается оптимальное сочетание углов конусности насадка и иглы сопла регулируемого эжектора. Рекомендации к проектированию регулируемых эжекторов приводятся в § 9.
