Определение числа агрегатов и выбор типа турбины

Министерство образования и науки Республики Казахстан

РГП ПХВ «Евразийский Национальный университет им.Л.Н.Гумилева»

Кафедра «Теплоэнергетика»

УТВЕРЖДАЮ

Декан транспортно-энергетического факультета

РГП ПХВ «Евразийский

Национальный университет

им. Л.Н. Гумилева»

_____________Т.Б.Сулейменов

«_____»____________ 2014 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ

по дисциплине _ PMEUVIE 3306 «Проектирование, монтаж и эксплуатация установок возобновляемых источников энергии»__

(код и полное наименование дисциплины по рабочему учебному плану)

для обучающихся специальностей __ 5В071700 «Теплоэнергетика»___

(шифр и наименование специальности/специализации)

Астана

Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Проектирование, монтаж и эксплуатация установок возобновляемых источников энергии» составлены д.т.н., и.о.профессора кафедры «Теплоэнергетика» Алимгазиным А.Ш. для студентов специальности 5В071700 «Теплоэнергетика».

Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Проектирование, монтаж и эксплуатация установок возобновляемых источников энергии» рассмотрены и обсуждены на заседании кафедры.

Протокол № ____ от «____»_________ 2014 г.

Заведующий кафедрой С.А.Глазырин

Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Проектиро-вание, монтаж и эксплуатация установок возобновляемых источников энергии» одобрены учебно-методической комиссией транспортно-энергетического факультета и рекомендованы к утверждению.

Протокол №____ от «____»____________ 2014 г.

Председатель УМК факультета А.У.Ахмедьянов

Общее положение

Цель и содержание курсового проекта

Выполнение курсового проекта по курсу «Проектирование, монтаж и эксплуатация установок возобновляемых источников энергии» на тему «Здание ГЭС» ставит своей целью обучить студентов основным методам проектирования современных зданий гидро-электростанций.

При проектировании здания ГЭС необходимо:

1. Произвести выбор схемы ГЭС по способу создания напора на основа­нии изучения природных условий (если схема не задана).

2. На основании данных выполненных ранее водно-энергетических рас­четов установить число гидроагрегатов, тип и марку турбины, а также опреде­лить ее параметры.

3. Построить энергетические характеристики турбин ГЭС.

4. Произвести выбор типов турбинной камеры и отсасывающей трубы, определить их основные размеры.

5. Установить мощность и тип гидрогенератора, определить основные его размеры.

6. Произвести выбор основных элементов системы автоматического ре­гулирования гидроагрегатов.

7. Подобрать крановое оборудование здания ГЭС.

8. Запроектировать здание ГЭС, т.е. определить основные его размеры, разработать конструктивные чертежи и обосновать принятые конструктивные и компоновочные решения по нему.

Исходные данные

При выполнении проекта «Здание ГЭС» используются следующие исход­ные данные и материалы:

- максимальный и минимальный уровни в верхнем бьефе Z_ВБmax(НПУ) и Z_ВБmin (УМО);

- максимальный и минимальный уровни нижнего бьефа Z_НБmaxи Z_НБmin;

- максимальный, минимальный и средневзвешенный напоры Н_max, H_minи Н_ср;

- установленная мощность ГЭС N_уст^ГЭС и ориентировочное значение КПД

гидрогенератора η_ген;

- максимальное и минимальное значения мощностей ГЭС в соответст­вии с ее режимным графиком работы в электроэнергосистемеN_mах^ГЭС и N_min^ГЭС;

- топографический план местности и геологический разрез по створу или по оси напорных водоводов ГЭС.

ВЫБОР ЧИСЛА ГИДРОАГРЕГАТОВ, ТИПА И ПАРАМЕТРОВ ГИДРО-ТУРБИНЫ

Определение числа агрегатов и выбор типа турбины

Выбор числа гидроагрегатов производится по величине установленной мощности ГЭС и режиму ее работы в электроэнергетической системе. Обычно минимальным числом считается два. Установку одного агрегата можно допус­тить только на ГЭС относительно небольшой мощности, работающей в круп­ной электроэнергосистеме. Два агрегата обеспечивают высокие значения КПД в случае применения турбин с пологой рабочей характеристикой (поворотно-лопастных и диагональных). Три или четыре агрегата обычно дают удовлетво­рительное решение и обеспечивают хорошие значения КПД с любыми турби­нами. Поэтому увеличивать число агрегатов сверх четырех необходимо только в тех случаях, когда габариты колеса трудно выполнимы или неудобны для транспортировки, а также при превышении предполагаемой единичной мощно­стью турбины максимального значения для данного типа, вошедшего в номенк­латуру. При выборе числа гидротурбин необходимо учитывать минимальную нагрузку ГЭС и ее продолжительность (считается опасной длительная работа турбин с нагрузкой менее 40 % их мощности), а также режим работы ГЭС в пусковой период при пониженных напорах, т.е.:

где N_m>(0,4-0,5)N_Т.

Для выбора типа гидротурбины и определения ее размеров после уста­новления числа агрегатов ГЭС z_aпо значению ее установленной мощности.

N^ГЭС находят мощность одной турбины

где η_ген - ориентировочное значение КПД гидрогенератора.

Определяется также расчетный напор ГЭС Н_ср, в качестве которого в предварительных расчетах рекомендуется принимать средневзвешенный напор Н_ср или величину несколько меньше его. На основании статистических данных по построенным и запроектированным ГЭС [4] для русловых ГЭС можно при­нимать H_р=0,90·Н_ср, для приплотинных- H_р=0,95/H_ср, для деривационных - H_р=(0,95-1,00)H_ср. По кривой продолжительности напоров расчетный напор должен иметь обеспеченность не менее 75 %.

Требуемый тип турбины по значениям расчетного напора H_р и мощности турбины N_Т определяется по сводным графикам или таблицам номенклатуры, фиксирующим жесткий ряд диаметров и определенное число типов турбин. Крупные реактивные гидротурбины выпускаются с размерами рабочих колес от 1,8 до 10,5 м на напоры от 3 до 500 м при единичной мощности турбины до 800 МВт.

Сводный график областей применения крупных поворотно-лопастных и радиально-осевых гидротурбин современной номенклатуры приведен в литера­туре [3, 10, 12, 15, 18, 19, 20]. Основные гидравлические и конструктивные па­раметры их рабочих колес содержатся в таблицах 2.1 и 2.2 (в соответствии с таблицами 1.4 и 1.3 [10]). Сводный график применения средних реактивных гидро­турбин приведен на рисунке 3.12 [20] и на рисунке 39 [15].

При выборе системы и типа гидротурбины должны учитываться послед­ние достижения в гидротурбостроении. В надлежащих случаях следует рас­сматривать варианты применения гидротурбин новых конструкций (диагональ­ных, поворотно-лопастных для капсульных агрегатов и др.), сопоставляя их с номенклатурными поворотно-лопастными и радиально-осевыми системами (основные показатели новых систем гидротурбин приводятся в таблице 2.3).

Выбор гидротурбины по сводным графикам областей применения производится нахождением на них точки, соответствующей расчетному напору H_р и мощности турбины N_т. Положение этой расчетной режимной точки в пределах одного из полей сводного графика указывает на подходящую типо-конструкцию турбины. Если расчетная режимная точка попадает в зону двух взаимно перекрывающихся полей, то для каждого из возможных вариантов необходимо установить основные параметры турбины, сопоставить их и выбрать наиболее выгодный вариант.

Таблица 2.1 - Основные параметры рабочих колес поворотно-лопастных турбин

Таблица 2.2 - Основные параметры рабочих колес радиально-осевых турбин

Таблица 2.3 - Основные параметры поворотно-лопастных турбин для капсульных агрегатов

Показатели	Тип турбины
	ПЛК 10	ПЛК 16
Диапазон напоров, м	1-12	3-16
Приведенная частота вращения, об/мин оптимальная n1/опт расчетная n1/расч	170 210
Приведенный расход (расчетный) Q1/р , л/c	4200-3800	3000-2800
Коэффициент кавитацииσ	2,8-2,2	2,0-1,6
	0,9-0,85	1,0-1,25