Показатели натурных гидротурбин




 

№ вар. Марка турбины D 1, м n, об/мин Н допs , м h н оpt h н р.т. n I'p, об/мин n I'оpt, об/мин В сп., м
                   
  ПЛ50-В-315 3,15   -11.98 0,943 0,967 115,04   9,22
  ПЛ50-В-335 3,35 230.7 -7.54 0,944 0,94 112.88   9,80
  ПЛД50-В600-315 3,15   -8,52 0,944 0,934 114.60   13,06
  РО45-В-335 3,35 166.7 3,30 0,951 0,923 81.49   13,50

 

Оптимальным по глубине отсасывания (-8,52 (м) вместо -8,5 (м) по условию), оборотам в минуту, приведенным оборотам в рабочей точке является гидротурбина ПЛД50-В600-315.

 

 

3. Расчет и построение рабочих характеристик гидротурбины

 

Для выбранной турбины необходимо рассчитать и построить зависимости h = f 1(N), Н допs = f 2(N) и Q = f 3(N) при синхронной частоте вращения n синх для четырех значений напора.

Среднее значение напора Н ср (с округлением до 0,5 м) определяется следующим образом:

 

Н ср = (Н р + Н max)/2, если (Н max - Н p) > (Н рН min);

Н ср = (Н р + Н min)/2, если (Н max - Н p) < (Н рН min). (3.1)

 

(50 – 45,5) < (45.5 – 35.5);

Н ср = (45.5 + 35.5)/2 = 40.5 (м).

 

Расчет производится на основании УХ выбранной модели. Результаты сведем в Таблицу 5.

 

3.1. Расчет выполняется для каждого напора. Каждому напору соответствует определенное значение приведенной частоты вращения, определяемое по формуле:

. (3.2)

Для Н min = 35.5 (м):

(об/мин).

Для Н ср = 40.5 (м):

(об/мин).

Для Н р = 45.5 (м):

(об/мин).

Для Н max = 50 (м):

(об/мин).

 

3.2. В графы 2 и 3 Таблицы 5 записываются значения КПД модели и приведенного расхода, определяемые по УХ в точках пересечения линии nI' = Const с изолиниями КПД.

 

3.3. В графы 4, 5 и 6 записываются значения коэффициента кавитации σ, КПД модели и приведенного расхода, определяемые по УХ в точках пересечения линий nI' = Const с изолиниями σ. При этом значения КПД модели определяются путем линейной интерполяции.

3.4. В графы 7, 8 и 9 записываются значения КПД, расхода и мощности натурной турбины, вычисляемые по формулам:

 

h н = h м + Δh (3.2)

 

Q = D 12 ∙(mH)0.5QI' = kQQI' (3.3)

kQ = D 12 ∙(mH)0.5

 

N = 9.81∙ D 12 ∙ (mH)1.5QI'h м = kNQI'h м (3.4)

kN = 9.81∙ D 12 ∙ (mH)1.5

 

Здесь Δh - поправка на масштабный эффект, вычисленная для оптимального режима, и условно принимаемая постоянной для всей рабочей зоны турбины; m – вычисленное по (2.6) отношение КПД натуры и модели. Значения QI' и hм берутся из граф 2 и 3 Таблицы 5.

 

Для Н min = 35.5 (м):

kQ = 3.152 ∙ (0.038 ∙ 35.5)0.5 = 60.23;

kN = 9.81∙ 3.152 ∙ (0.038 ∙ 35.5)1.5 = 21765.

 

Для Н ср = 40.5 (м):

kQ = 3.152 ∙ (0.038 ∙ 40.5)0.5 = 64.33;

kN = 9.81∙ 3.152 ∙ (0.038 ∙ 40.5)1.5 = 26521.

 

Для Н р = 45.5 (м):

kQ = 3.152 ∙ (0.038 ∙ 45.5)0.5 = 68.18;

kN = 9.81∙ 3.152 ∙ (0.038 ∙ 45.5)1.5 = 31581.

 

Для Н max = 50 (м):

kQ = 3.152 ∙ (0.038 ∙ 50)0.5 = 71.47;

kN = 9.81∙ 3.152 ∙ (0.038 ∙ 50)1.5 = 36381.

 

3.5. В графах 10 и 11 записываются значения допустимой высоты отсасывания, вычисляемые по (2.13) для рассчитываемого значения напора, и соответствующие им значения мощности натурной турбины:

 

Nσ = kNQI'h м, σ (3.5)

 

где kN – определен в (3.4), а значения QI' σ и h м, σ берутся из граф 5 и 6.

 

Составляем сводные таблицы для четырех напоров:

Таблица 3-1

 

  Модель nI' = 129,7 (об/мин) Натура Н min = 35.5 м; k Q = 60.23; k N = 21765.
№ точек h м QI', м3 s h м σ QI' σ, м3 h н Q, м3 N, кВт Н допs, м Nσ, кВт
                     
  0,86 0,7 0,17 0,873 0,81 0,894 42,16   2,94  
  0,87 0,8 0,23 0,892 1,00 0,904 48,18   0,81  
  0,88 0,88 0,31 0,901 1,19 0,914 53,00   -2,03  
  0,89 0,98 0,35 0,896 1,33 0,924 59,02   -3,45  
  0,9 1,11 0,43 0,884 1,44 0,934 66,85   -6,29  
  0,9 1,27 0,48 0,875 1,53 0,934 76,49   -8,07  
  0,89 1,4 0,55 0,865 1,61 0,924 84,32   -10,55  
  0,88 1,47 0,6 0,86 1,66 0,914 88,53   -12,33  
  0,87 1,57       0,904 94,55      
  0,86 1,66       0,894 99,97      
  0,84 1,75       0,874 105,39      
  0,82 1,83       0,854 110,21      
  0,8 1,91       0,834 115,03      

 

 

Таблица 3-2

 

  Модель nI' = 121.5 (об/мин) Натура Н cp = 40.5 м; k Q = 64.33; k N = 26521.
№ точек h м QI', м3 s h м σ QI' σ, м3 h н Q, м3 N, кВт Н допs, м Nσ, кВт
                     
  0,86 0,61 0,17 0,892 0,86 0,894 39,24   2,09  
  0,87 0,69 0,23 0,902 1,02 0,904 44,39   -0,34  
  0,88 0,78 0,31 0,905 1,2 0,914 50,17   -3,58  
  0,89 0,85 0,35 0,902 1,33 0,924 54,68   -5,20  
  0,9 0,95 0,43 0,89 1,43 0,934 61,11   -8,44  
  0,9 1,34 0,48 0,877 1,52 0,934 86,20   -10,47  
  0,89 1,43 0,55 0,87 1,6 0,924 91,99   -13,30  
  0,88 1,5 0,6 0,864 1,66 0,914 96,49   -15,33  
  0,87 1,6       0,904 102,92      
  0,86 1,7       0,894 109,36      
  0,84 1,79       0,874 115,14      

 

 

Таблица 3-3

 

  Модель nI' = 114.6 (об/мин) Натура Н p = 45.5 м; k Q = 68.18; k N = 31581.
№ точек h м QI', м3 s h м σ QI' σ, м3 h н Q, м3 N, кВт Н допs, м Nσ, кВт
                     
  0,86 0,55 0,12 0,88 0,73 0,894 37,50   3,51  
  0,87 0,64 0,17 0,901 0,89 0,904 43,64   1,24  
  0,88 0,72 0,23 0,905 1,03 0,914 49,09   -1,49  
  0,89 0,8 0,31 0,905 1,2 0,924 54,55   -5,13  
  0,9 0,89 0,35 0,901 1,32 0,934 60,68   -6,95  
  0,9 1,34 0,43 0,89 1,43 0,934 91,36   -10,59  
  0,89 1,43 0,48 0,88 1,51 0,924 97,50   -12,87  
  0,88 1,51 0,55 0,872 1,59 0,914 102,95   -16,05  
  0,87 1,61 0,6 0,865 1,65 0,904 109,77   -18,33  
  0,86 1,71       0,894 116,59      

 

 

Таблица 3-4

 

  Модель nI' = 109.3 (об/мин) Натура Н max = 50 м; k Q = 71.47; k N = 36381.
№ точек h м QI', м3 s h м σ QI' σ, м3 h н Q, м3 N, кВт Н допs, м Nσ, кВт
                     
  0,87 0,61 0,12 0,89 0,76 0,904 43,60   2,97  
  0,88 0,68 0,17 0,903 0,91 0,914 48,60   0,47  
  0,89 0,76 0,23 0,908 1,03 0,924 54,32   -2,53  
  0,9 0,84 0,31 0,905 1,2 0,934 60,04   -6,53  
  0,9 1,3 0,35 0,899 1,31 0,934 92,92   -8,53  
  0,89 1,4 0,43 0,889 1,41 0,924 100,06   -12,53  
  0,88 1,49 0,48 0,88 1,49 0,914 106,50   -15,03  
  0,87 1,6 0,55 0,872 1,58 0,904 114,36   -18,53  
  0,86 1,72       0,894 122,94      

 

3.6. По данным таблиц 3-1, 3-2, 3-3, 3-4 строятся рабочие характеристики турбины для четырех напоров: h = f 1(N) (Рис 3.1); Н допs = f 2(N) (Рис 3.2); Q = f 3(N) (Рис 3.3).

 

 


h = f 1(N)

Рис 3.1

Н допs = f 2(N)

H = 50 м
H = 45.5 м
H = 35.5 м
H = 40.5 м
N, кВт

Рис 3.2

 

Q = f 3(N)

H = 50 м
H = 45.5 м
H = 40.5 м
H = 35.5 м
N, кВт

Рис 3.3

 


4. Построение эксплуатационной характеристики турбины

 

Необходимо построить эксплуатационную напорно-мощностную характеристику турбины, используя для этого построенные рабочие характеристики, а также вспомогательные зависимости открытий направляющего аппарата ao = f 4(N) и углов установки лопастей рабочего колеса поворотно-лопастных турбин φ = f 5 (N).

 

4.1. Расчет зависимостей ao = f 4 (N) и φ = f 5 (N) проводится на основании УХ турбины для четырех напоров. Данные расчетов следует свести в таблицы 6 и 7.

 

4.2. В графы 2, 3 и 4 табл.6 записываются значения открытий модели a , КПД модели и приведенного расхода в точках пересечения горизонталей n I' = Const с изолиниями a на УХ (значения h м определяются интерполяцией).

 

4.3. В графу 5 табл. 6 записываются значения ao натурной турбины, рассчитываемые по формуле:

(4.1)

 

где D = 0,479 (м) и z = 24 - диаметр окружности расположения осей лопаток НА и число этих лопаток (указаны на УХ); D и z - то же для натурной турбины.

Для ПЛД турбин значение D вычисляется в соответствии с данными УХ и округляется до ближайшего стандартного значения:

D* = 1,37 · D 1 = 1,37 · 3,15 = 4,32 (м);

Принимаем D = 4,5 (м).

Число лопаток z принимается в зависимости от значения D следующим образом:

- при D < 7 (м), z = 20.

 

4.4. В графу 1 таблицы 7 записываются значения угла установки лопасти модели, обозначенные на УХ. Эти же значения угла φ принимаются и для натурной турбины.

 

4.5. В графы 2 и 3 табл. 7 записываются значения КПД модели и приведенного расхода, определяемые на УХ в точках пересечения горизонталей n I' = Const с линиями угла установки φ (значения h м определяются интерполяцией).

 

4.6. Мощность турбины в обеих таблицах определяется по формуле (3.4).

 

Составляем сводные таблицы для четырех напоров:

Таблица 4-1-1

  Модель n I' = 129,7 (об/мин) Натура Н min = 35,5 м; k N = 21765.
№ точек a , мм h м Q I', м3 a , мм N, кВт
           
    0,882 0,76    
    0,895 1,05    
    0,892 1,38    
    0,85 1,7    

 

Таблица 4-1-2

  φ 0 Модель n I' = 129,7 (об/мин) Натура Н min = 35,5 м; k N = 21765.
h м Q I', м3 N, кВт
       
-10 0,848 0,6  
-5 0,875 0,83  
  0,896 1,06  
  0,895 1,34  
  0,85 1,61  

 

Таблица 4-2-1

  Модель n I' = 121,5 (об/мин) Натура Н ср = 40,5 м; k N = 26521.
№ точек a , мм h м Q I', м3 a , мм N, кВт
           
    0,86 0,57    
    0,882 0,79    
    0,905 1,1    
    0,89 1,44    
    0,85 1,74    

 

Таблица 4-2-2

  φ 0 Модель n I' = 121,5 (об/мин) Натура Н ср = 40,5 м; k N = 26521.
h м Q I', м3 N, кВт
       
-10 0,855 0,57  
-5 0,882 0,79  
  0,902 1,01  

продолжение Таблицы 4-2-2

  φ 0 Модель n I' = 121,5 (об/мин) Натура Н ср = 40,5 м; k N = 26521.
h м Q I', м3 N, кВт
  0,904 1,26  
  0,878 1,52  
  0,83 1,82  

 

 

Таблица 4-3-1

  Модель n I' = 114,6 (об/мин) Натура Н р = 45,5 м; k N = 31581.
№ точек a , мм h м Q I', м3 a , мм N, кВт
           
    0,865 0,6    
    0,892 0,81    
    0,909 1,13    
    0,884 1,47    

 

Таблица 4-3-2

  φ 0 Модель n I' = 114,6 (об/мин) Натура Н р = 45,5 м; k N = 31581.
h м Q I', м3 N, кВт
       
-10 0,86 0,55  
-5 0,885 0,75  
  0,903 0,96  
  0,905 1,2  
  0,889 1,45  
  0,86 1,72  

 

Таблица 4-4-1

  Модель n I' = 109.3 (об/мин) Натура Н max = 50 м; k N = 36381.
№ точек a , мм h м Q I', м3 a , мм N, кВт
           
    0,872 0,62    
    0,899 0,83    
    0,905 1,17    
    0,879 1,51    

 

Таблица 4-4-2

  φ 0 Модель n I' = 109.3 (об/мин) Натура Н max = 50 м; k N = 36381.
h м Q I', м3 N, кВт
-10 0,864 0,52  
-5 0,895 0,73  
  0,903 0,93  
  0,908 1,15  
  0,892 1,39  
  0,866 1,65  

 

4.7. Строим зависимости a o = f 4 (N) (Рис 4.1) и φ = f 5 (N) (Рис 4.2) для четырех напоров.

 

4.8. В координатах NH наносятся изолинии КПД турбины (через 1%), линии равных допустимых высот отсасывания Н допs, линии равных открытий направляющего аппарата a oн и линии равных углов установки лопастей φ. Для этой цели полученные графики соответствующих зависимостей рассекаются горизонтальными линиями и точки их пересечения переносятся на поле NH (по значениям мощности при данном напоре). Соединяя точки равных значений соответствующих параметров получаем эксплуатационную характеристику (Рис 4.3).

 

4.9. На эксплуатационной характеристике наносится линия ограничения мощности, причем:

а) на участке от H max до H p линия ограничения соответствует номинальной мощности турбины (ограничение по генератору).

б) на участке от H p до H min линия ограничения является наклонной линией и соответствует:

- Н допs = Const (ограничение по Н допs min).

 

 


a o = f 4 (N)

H = 50 м
H = 45.5 м
H = 40.5 м
H = 35.5 м

Рис 4.1

N, кВт


φ = f 5 (N)

H = 50 м
H = 45.5 м
H = 40.5 м
H = 35.5 м
N, кВт

Рис 4.2

 

Эксплутационная характеристика гидротурбины ПЛД50-В600-315

Н, м
N, кВт

Рис 4.3


5. Расчет и построение бетонной спиральной камеры

 

Расчет спиральной камеры произведем по следующему методу:

Расчет произведем в предположение, что в поперечном сечение сохраняется момент скорости rּVu = const.

Исходными данными для расчета являются:

1. Угол охвата спиральной камеры – φ сп = 2400 – рекомендованный угол охвата спиральной камеры для напора Н = 45.5 м;

2. Наружный радиус входного сечения – R вх – вычисляется исходя из площади входного сечения;

3. Радиус расположения входных кромок статора:

R нар = 1.63· D 1/2 = 2.57 (м);

4. Диаметр расположения выходных кромок статора:

R вн = 1.38· D 1/2 = 2.17 (м);

5. Относительная высота:

B ст = B 0 + 0.0033· D 1 = 0.375 ּ 3.15 + 0.0033· 3.15 = 1.19 (м);

6. Форма входного сечения принимаем развитой вниз (с горизонтальным потолком) с углом α 2 = 200.

7. Рекомендованное отношение (для спиральных камер с плоским потолком).

 

Все размеры входного сечения спиральной камеры на Рис 5-1.

 

 
 

 


Рис 5.1

 

Принимаем следующее допущение:

Площадь поперечного входного сечения определяется по величине

допустимой средней скорости:

3/с),

 

Допустимые средние скорости воды во входном сечении принимается из Рис.3 – V вх = 5.7 (м/с) при Н р = 45.5 (м).

Определяем площадь входного поперечного сечения:

2).

Вычислим наружный диаметр входного сечения R вх.

Площадь входного сечения равна:

.

 

где а = (R вх - R нар);

 

В результате получаем:

Решаем квадратичное уравнение и получаем R вх = 5,24 (м).

Тогда

а = (R вх - R нар) = 5.24 – 2.57 = 2.67 (м);

 

b вх = 1.8 · а = 1.8 · 2.67 = 4.81 (м).

Разобьем входное сечение на три элемента простой формы и найдем для каждого элемента геометрический параметр J:

где m = b вхВ ст = 1,8·(R вх - R нар) - В ст = 1.8·(5.24 – 2.57) – 1.19 = 3.62 (м).

 

R 2 = R вхa + tg α 2· m = 5.24 – 2.67 + tg 200·3.62 = 3.88 (м).

 

Определим момент скорости K во входном сечении:

Во всех сечениях момент скорости одинаковый.

Закон изменения высоты пола следующий:

,

Отсюда α – коэффициент закона изменения высоты пола, равен:

.

Зная, что подвод воды в спиральной камере равномерный по всему углу охвата, разобьем спиральную камеру на семь промежуточных сечений:

Q 1 = Q 0Q 0 / 8 = 54.54 (м3/с);

Методом подбора находим R 1(внешний радиус в первом промежуточном сечение) при котором J – геометрический параметр, равен J 1, R 1 = 5.02 (м).

Угол при таком расходе:

;

а 1 = R 1R нар = 5,02 – 2,57 = 2,45 (м);

b 1 = 1.8 · а 1 = 1.8 · 2.45 = 4.41 (м);

2);

2/с).

Для остальных сечений аналогично. Составим таблицу:

 

Таблица 5-1

  R i, м J i Q i, м3 m, м J 1 J 3 J 5 J i φ i a i, мм b i, м F i, м2 V i, м2
вход 5,24 2,83 62,33 3,62 1,05 0,70 1,08 2,83   2,67 4,81 10,94 5,70
  5,02 2,47 54,54 3,05 1,00 0,51 0,95 2,46   2,45 4,41 9,41 5,80
  4,80 2,12 46,75 2,53 0,94 0,37 0,81 2,12   2,23 4,02 7,99 5,85
  4,55 1,77 38,96 1,99 0,88 0,24 0,64 1,76   1,98 3,57 6,52 5,98
  4,27 1,41 31,17 1,47 0,80 0,13 0,47 1,41   1,70 3,06 5,05 6,17
  3,94 1,06 23,37 0,96 0,71 0,06 0,29 1,06   1,37 2,47 3,56 6,56
  3,52 0,71 15,58 0,46 0,57 0,01 0,12 0,71   0,95 1,71 2,05 7,59
  2,89 0,35 7,79 0,05 0,34 0,00 0,01 0,35   0,32 1,19 0,59 13,23
выход 2,17     0,08 0,00 0,00 -0,01 -0,01     1,19    

 

 

φ сп
Построим график зависимости φ сп = f (R i):

R, м
Рис 5.2

 

Разобьем угол охвата спиральной камеры на интервалы с Δφ сп = 200 (Таблица 5-2) и построим план спирали.

 

Таблица 5-2

φ 0                        
R, м 2,71 3,12 3,50 3,78 4,05 4,26 4,45 4,64 4,80 4,95 5,10 5,24

 

6. Подбор и контрольный расчет отсасывающей трубы

 

Основные размеры отсасывающей трубы пересчитаны по отношению диаметров модели и натуры.

В качестве узловых точек можно принять следующие сечения: входное сечение конуса, входное сечение колена, выходное сечение колена, сечения начала промежуточного бычка и его полной ширины и выходное сечение диффузора.

 

Рассчитаем узловые точки:

1. Входное сечение конуса:

D горл = 0.995 · D 1 = 0.995 · 3.15 = 3.13 (м);

2. Входное сечение колена:

D вх.к = 1.234 · D 1 = 1.234 · 3.15 = 3.89 (м);

3. Выходное сечение колена:

h вых.к = 0.617 · D 1 = 0.617 · 3.15 = 1.94 (м);

4. Выходное сечение диффузора:

h диф.вых = 1.206 · D 1 = 1.206 · 3.15 = 3.80 (м).

 

Рассчитаем средние меридианные скорости и среднюю удельную кинетическую энергию потока для оптимального режима при Н р и режима максимального расхода.

 

Входное сечение конуса:

F сеч = (π · D горл2)/4 = (3.14 · 3.132)/4 = 7.69 (м2);

 

Q опт = N /(9.81· H р· h опт) = 30000/(9.81 · 45.5 · 0.934) = 71.96 (м3/с);

 

Q max = N /(9.81· H р· h max) = 38200/(9.81 · 45.5 · 0.938) = 91.24 (м3/с);

 

V опт = Q опт/ F сеч = 71.96/7.69 = 9.35 (м/с);

 

V max = Q max/ F сеч = 91.24/7.69 = 11.86 (м/с);

 

Е опт = 100· V опт2/(2 gH p)= 100 · 9.352/(2 · 9.81 · 45.5) = 9.79 (кДж);

 

Е max = 100· V max2/(2 gH p)= 100 · 11.862/(2 · 9.81 · 45.5) = 15.76 (кДж).

 

 

Входное сечение колена:

 

F сеч = (π · D 2вх.к)/4 = (3.14 · 3.892)/4 = 11.88 (м2);

 

V опт = Q опт/ F сеч = 71.96/11.88 = 6.06 (м/с);

 

V max = Q max/ F сеч = 91.24/11.88 = 7.68 (м/с);

 

Е опт = 100· V опт2/(2 gH p) = 100·6.062/(2·9.81·45.5) = 4.11 (кДж);

 

Е max = 100· V max2/(2 gH p) = 100·7.682/(2·9.81·45.5) = 6.61 (кДж).

 

Выходное сечение колена:

 

F сеч = h·b,

 

где h = h вых.к – высота отсасывающей трубы (с УХ);

b = 2.514 D 1 = 2.514·3.15 ≈ 8 (м)– ширина отсасывающей трубы.

 

F сеч = h·b = 1.94 · 8 = 15.52 (м2);

 

V опт = Q опт/ F сеч = 71.96/15.52 = 4.64 (м/с);

 

V max = Q max/ F сеч = 91.24/15.52 = 5.88 (м/с);

 

Е опт = 100· V опт2/(2 gH p) = 100·4.642/(2·9.81·45.5) = 2.41 (кДж);

 

Е max = 100· V max2/(2 gH p) = 100·5.882/(2·9.81·45.5) = 3.87 (кДж).

 

Выходное сечение диффузора:

 

F сеч = h·b = 3.80 · 8 = 30.4 (м2);

 

V опт = Q опт/ F сеч = 71.96/30.4 = 2.36 (м/с);

 

V max = Q max/ F сеч = 91.24/30.4 = 3.00 (м/с);

 

Е опт = 100· V опт2/(2 gH p) = 100·2.362/(2·9.81·45.5)=0.63 (кДж);

 

Е max = 100· V max2/(2 gH p)= 100·3.002/(2·9.81·45.5)=1.01 (кДж).

 

Построим графики изменения средней меридианной скорости и средней удельной кинетической энергии потока (Е = 100· V 2/2 gH) для оптимального режима при Н р и режима максимального расхода:

 

 

Е max
V опт


Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-12 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: