Выбор основных параметров турбины по универсальным характеристикам (приведенным показателям)

Параметры турбины (номинальный диаметр D₁, частота вращения n и высота отсасывания H_s) могут быть определены наиболее надежно по глав­ным универсальным характеристикам, приводимым в номенклатуре для каж­дого типа турбины.

Определение размеров гидротурбин по ним ведется с использованием формул приведения:

(2.1)

(2.2)

(2.3)

где n₁′, Q₁′, N₁′ – приведенные соответственно частота вращения, расход и мощность условной турбины данной серии диаметром D₁ = 1 м при напоре Н = 1 м;

Н, Q, N_т и η – напор, расход, мощность и КПД турбины.

Диаметр рабочего колеса может быть определен по формуле:

(2.4)

с округлением до ближайшего номенклатурного. Значения нормальных диа­метров реактивных турбин, включенных в номенклатуру в соответствии с табл. 1.2 [19], следующие:

ПЛ10 и ПЛ 15 - 280, 320, 360 и 400-1050 через 50 см;

ПЛ20 - 280, 320, 360 и 400-1000 через 50 см;

ПЛ30 и ПЛ 40 - 280, 320, 360 и 400-950 через 50 см;

ПЛ50 - 280, 320, 360 и 400-900 через 50 см;

ПЛ60, ПЛ 70 и ПЛ 80 - 250, 280, 320, 360 и 400-850 через 50 см;

РО 45, РО 75, РО 115 и РО 170 - 200, 225, 250, 280, 320, 360 и 400-850 через 50 см;

РО 230 - 180, 200, 225, 250, 320, 360 и 400-850 через 50 см; РО 310 - 180, 200, 225, 250, 280, 320, 360 и 400-600 через 50 см; РО 400 - 180, 200, 225, 250, 280, 320, 360, 400 и 450 см; РО 500 - 180, 200, 225, 250, 320 и 360 см.

При расчетах в формуле (2.4) значение КПД турбины принимается: η= 0,86-0,89 для поворотно-лопастных турбин и η= 0,88-0,91 для радиально-осевых турбин (большие значения ηсоответствуют большим значениям Di). Величина Q₁’ для радиально-осевых турбин выбирается по универсальной ха­рактеристике на линии 5 %-го запаса мощности при п= п’_1опт (п’_1опт- приве­денная частота вращения, соответствующая на универсальной характеристи­ке точке с максимальным КПД, т.е. оптимальной точке). Для поворотно-лопастных турбин величина Q₁’принимается из условия обеспечения бескавитационной работы по таблице 2.1 не более его предельного значения. Q₁’подставляются в формулу (2.4) в м³/с.

Частота вращения определяется по средневзвешенному напору из фор­мулы приведения

(2.5)

При выборе расчетного значения п^/необходимо учитывать возраста­ние приведенной частоты вращения с увеличением диаметра рабочего колеса турбины в отношении (г|/г|_м)⁰'⁵, где ц - КПД турбины, л_м- КПД модели. Это увеличение приведенной частоты вращения А п^/ подсчитывают для опти­мальной точки:

где η_{М опт} - берется по главной универсальной характеристике, а η_опт вычисля­ется по формулам (2.6) или (2.7) в зависимости от отношения диаметров и напоров модели и турбины:

(2.6)

(2.7)

Найденная по формуле (2.5) частота вращения турбины округляется до ближайшей синхронной. Рекомендуемые значения синхронной частоты вра­щения в зависимости от числа полюсов ротора генератора приведены в табл. 2.4 (в соответствии с таблицей 1.5 [19]).

Для оценки правильности выбора номинального диаметра рабочего ко­леса турбины D₁ и его частоты вращения n для заданного режимного графика работы ГЭС в электроэнергосистеме на главную универсальную характери­стику наносится зона работы турбины – четырехугольник со сторонами n₁^/=const при H_min и n₁^/=const при H_maх, подсчитанными по формуле (2.1), и вершинами в точках с координатами Q₁^/, соответствующими максимальной и минимальной мощностям при указанных двух крайних напорах, подсчитан­ными по формуле (2.2).

Значения турбинных расходов Qподсчитываются:

Выбор параметров турбины считается правильным, если зона ее работы располагается в центральной части характеристики, обеспечивая достаточно высокие значения КПД. Если центр зоны работы турбины окажется сильно смещенным относительно центра универсальной характеристики, следует произвести повторный выбор параметров турбины, изменив D₁и n.

Таблица 2.4 - Ряд синхронных частот вращения гидроагрегатов

Число по­люсов 2р	n, об/мин	Число по­люсов 2р	n, об/мин	Число по­люсов 2р	n, об/мин
			130,4		65,2
					62,5
			115,4		58,8
	428,6		107,1		57,7
					55,6
	333,3		93,8	ПО	54,6
			90,9		53,6
	272,6		88,2		52,6
			85,7		51,8
	230,8		83,3
	214,3				48,4
			78,9		46,9
	187,5		76,9		45,5
	166,7				44,2
	157,8		71,4		42,9
			68,2		41,7

После этого уточняется мощность турбины по формуле (2.3):

Высоту отсасывания турбины, соответствующую Н_р и N_т,определяют с учетом поправки на барометрическое давление и поправки к кавитационному коэффициенту, т.е.

где Δ - отметка расположения ГЭС (абсолютная отметка расчетного уров­ня в нижнем бьефе, м);

k- коэффициент запаса (k= 1,05-1,1);

σ- кавитационный коэффициент (берется из главной универсальной характеристики для режимной точки или по таблицам 2.1 в 2.2).