Тема II-6 6- 1 Подготовил: доц. В.Л.Жирнов Курс «Общая энергетика и гидроэнергетика»
План лекции Конструктивное исполнение агрегатных блоков гидростанции. Типы гидравлических турбин. Элементы проточного тракта гидроагрегата (турбинная камера, направляющий аппарат, отсасывающая труба) и их назначение. Рабочий процесс гидроагрегатов. Явление кавитации в гидротурбинах Задачи Конструктивные параметры и их влияние на энергетическое преобразование энергии. Принципы регулирования мощности гидроагрегатов. Процессы значимые для эффективной эксплуатации агрегатов. Цель лекции Способы преодоления противоречий между спросом потребителей и естественным поступление гидроресурсов. Изучение режимов и функций гидростанции в электроэнергетической системе. 6- 2
6- 3 Отсасывающая труба Турбина Турбинная камера Направляющий аппарат Генератор НБ ВБ Водохранилище Н ГЭС
Электрический генератор Генераторный подшипник Подпятник Турбинный подшипник Направляющий аппарат Гидротурбина 6- 4
6- 5
6- 6 Назначение: Обеспечить равномерный подвод воды к турбине по всей окружности рабочего колеса при минимальных габаритах Исполнение: Имеет вид спирали переменного сечения (в виде улитки) Принцип: Спиральная закрутка потока с поддержанием постоянных скоростей по окружности Сечение А-А Материал: бетон, металл Требование: Минимальные гидравлические (энергетические) потери Форма сечения : тавровое, двутавровое, круглое В А А v В - определяет ширину турбинного блока
6- 7
6- 8
Открытие-закрытие направляющего аппарата изменяет расход и мощность гидроагрегата Направляющий аппарат (НА) 6- 9 Назначение: Изменение подачи энергоносителя (воды) к турбине и обеспечение необходимой закрутки потока Исполнение: Многолопаточная система с синхронным поворотом всех лопаток вокруг своей оси Принцип: Изменение площади поперечного сечения для потока воды Требование: Минимальные гидравлические (энергетические) потери Лопасти рабочего колеса Лопатки НА НА закрыт НА открыт Окружная скорость -определяет закрутку потока Абсолютная скорость Относительная скорость - определяет расход
6- 10
6- 11 Назначение: Преобразование гидравлической энергии потока в механическую энергию вращения Исполнение: Многолопастная вращающаяся система Принцип: Циркуляция потока в межлопастном пространстве и создание подъемной силы Требование: Максимальный коэффициент полезного действия Основные типы гидротурбин: Пропеллерная (ПР) Н < 60 м Поворотно лопастная (ПЛ) Н < 40 м Диагональная поворотно лопастная (ДПЛ) Н < 90 м Радиально осевая (РО) Н < 400 м Выбор типа турбины определяется ее прочностными свойствами по напору и КПД.
6- 12 Рисунки турбин
6- 14 НА РК - абсолютная скорость частицы жидкости - относительная скорость внутри каналов решетки - окружная скорость Основное равнение гидромашин По теореме об изменении количества движения имеем: Используя закон для движения жидкости в турбине, получим: где: Н-напор турбины, g -ускорение свободного падения. Уравнение показывает связь удельной энергии потока (Н) с величиной и направлением скоростей на турбине. Нормальный выход: Для достижения максимальной отдачи энергии (Н max), поток на выходе не должен иметь закрутки - нормальный выход.
6- 15 Безударный вход - вход потока под определенным углом к лопасти рабочего колеса, при котором создается максимальная подъемная сила и отсутствует явление срыва потока на лопасти. Ударный вход сопровождается потерей КПД турбины!! Ударный вход определяется разворотом лопастей направляющего аппарата и положением лопастей рабочего колеса. Существует единственное их сочетание, при котором удар отсутствует. Ударный вход Безударный вход Открытие НА N КПД ПР турбина КПД max Для обеспечения безударного входа и нормального выхода в ПЛ турбинах используется синхронный поворот лопастей НА и лопастей РК - комбинаторная зависимость. Лопасти направляющего аппарата Лопасти рабочего колеса ПЛ
6- 16 Назначение: Организованный отвод воды от турбины; Обеспечение полного использования потенциальной энергии положения; Дополнительное использование кинетической энергии потока Исполнение: Конусный изогнутый трубопровод Принцип: Соединение выхода турбины с нижним бъефом, Уменьшение кинетической энергии на выходе агрегата путем увеличения площади выходного сечения. Требование: Минимальные гидравлические (энергетические) потери Изогнутая отсасывающая труба Конус круглого сечения Колено Раструб прямоугольного сечения Прямоосная отсасывающая труба D 4D
Отсасывающая труба позволяет устанавливать турбину на любой высотной отметке без энергетических потерь. Энергетика отсасывающей трубы 6- 17 Свободная струя 1 1 2 2 0 0 турбина Без отс. трубы Напор турбины без отсасывающей трубы Напор турбины с отсасывающей трубой Увеличение напора турбины с трубой 1 1 2 2 0 0 турбина С отс. трубой
6- 18 Последствия кавитации: Вибрация агрегата; Разрушение поверхностей; Снижение КПД агрегата Кавитация - физическое явление вскипания жидкости в зоне пониженного давления и последующей мгновенной конденсации паров в зоне повышенного давления. Зоны кавитации: лопасти турбины, отсасывающая труба, щелевые зазоры. 3. Ограничение рабочих режимов гидроагрегата Снижение регулировочных функций - снижение эффекта работы в ЭЭС 4. Снижение вакуума на турбине (подача атмосферного давления) Снижение напора на турбине и увеличение потерь энергии 2. Обработка поверхностей Дополнительные затраты на ремонт Меры борьбы с кавитацией: 1. Выбор отметки расположения рабочего колеса (чем ниже, тем меньше кавитация) Затраты при сооружении ГЭС на выемку грунта и дополнительный бетон Что это стоит: Чтобы исключить кавитацию:
6- 19
6- 20
6- 21
