Выбор системы и типа гидротурбины

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Федеральное агентство по образованию РФ

Саяно-Шушенский филиал СФУ

Кафедра гидротехнических сооружений, гидравлики и гидромашин

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по курсу «ГИДРОМАШИНЫ»

Пояснительная записка

Саяногорск 2010



ЗАДАНИЕ №25

На курсовой проект по курсу «ГИДРОМАШИНЫ».

Для ГЭС с расчетным напором Н_р =39,9 м:

1. Выбрать систему и тип гидротурбины, обеспечивающую мощность

N = 64000 кВт при высоте отсасывания Н_s = - 6,5 м.

Характерные отметки бьефов принять из таблицы.

турбинный гидроагрегат бетонный камера

Таблиця 1.1

	расчетная	максимальная	минимальная
НУ	89,9	101	88
ВУ	50	52	49

2. Рассчитать и построить рабочие характеристики для 4 напоров.

3. Построить эксплуатационную характеристику.

4. Рассчитать и построить бетонную спиральную камеру.

5. Построить и провести контрольный расчет отсасывающей трубы.

6. Сформулировать требования к гидрогенератору.

7. Разработать эскиз гидроагрегата.



1. ВЫБОР ГИДРОТУРБИНЫ

Выбираем систему и тип турбины, номинальный диаметр рабочего колеса D₁ и частоту вращения n таким образом, чтобы при наименьших размерах турбины и генератора и при возможно больших значениях КПД обеспечить получение заданной номинальной мощности. При этом требуемая высота отсасывания Н_s для данной турбины должна соответствовать заданной величине (с точностью 0,5 м).

1.1. Определим рабочие напоры гидротурбины:

– расчётный напор:

Н_р =ВУ_р - НУ_р, (1.1)

где - отметки горизонтов верхнего и нижнего бьефов;

Н_р =89,9-50=39,9 (м);

– максимальный напор:

Н_max =ВУ_max - НУ_min (1.2)

Н_max =101 -49 =52 (м);

– минимальный напор:

Н_min =ВУ_min - НУ_max (1.3)

Н_min = 88 - 52 = 36(м).

В формулах (1.1), (1.2), (1.3) не учитываются потери энергии в водоподводящих сооружениях ГЭС.

1.2. Выбор системы и типа гидротурбины производится по величине максимального напора (см. таблицу 1 в приложении), так чтобы значение Н_max было бы близко к предельному напору Н_пред выбранного типа, но не превышало его, т.е. Н_max Н_пред.

Как видно из таблицы№1 приложения, где приведены основные параметры перечисленных типов турбин, на одни и те же заданные условия можно выбрать 3 различных типа турбин.

Для полученных напоров выбираем следующие реактивные гидротурбины:

- осевая поворотно-лопастная ПЛ60-В;

- осевая поворотно-лопастная ПЛД60-В60⁰;

- радиально-осевая РО75-В;

Составим таблицу параметров моделей данных гидротурбин.

Таблица 1.2

Марка	ПЛ60-В	ПЛД60-В600	РО75 - В
Нпред, м	60	60	75
Нmin/Нmax	0.50	0.50	0.60
nI'opt, об/м	116	111	83
QI'opt, л/с	1080	1130	1020
м opt	0.913	0.906	0.920
QI max, л/с	1500	1600	1200
(QI'max)	0.55	0.65	0.13
D1мод, м	0.460	0.460	0.460
Нмод, м	12	12	4
tмод, 0С	20	20	20

1.3. Рассчитаем номинальный диаметр рабочего колеса D₁, для выбранных типов турбин (предварительно) по формуле:

, (1.4)



где N [кВт] и H_p [м] - определены заданием;

значения Q_I^', м³/с и КПД модельной турбины _м принимаются в «расчетной точке» её универсальной характеристики. Предварительно «расчетная точка» выбирается в области значений максимального приведенного расхода Q_I^'_max на линии, соответствующей оптимальной приведенной частоте вращения n_I^'_opt. Универсальные характеристики моделей выбранных машин представлены в приложении.

Полученная по (1.4) величина D^*₁ округляется до ближайшего стандартного значения (см. таблицу 2 в приложении).

· Для ПЛ60-В - Q_I^'= 1,45 (м³/с), _м= 0,853;

(м).

Выбираем следующие стандартные диаметры: D₁=4,5 (м); D₁=4,750 (м).

· ПЛД60-В60⁰ - Q_I^'= 1,56 (м³/с), _м= 0,892;

(м);

Выбираем следующие стандартные диаметры: D₁=4,5 (м); D₁=4,75 (м).

· Для РО75-В - Q_I^'=1,17 (м³/с), _м= 0,885:

(м).

Выбираем следующие стандартные диаметры: D₁=4,5 (м); D₁=4,75 (м).

1.4. Максимальное значение КПД натурной машины определяем по формуле:

, (1.5)



где Re - число Рейнольдса, причем:

, (1.6)

де - коэффициент кинематической вязкости воды, зависящей от её температуры (см. таблицу 3 в приложении);

параметры _{м орt}, D_1м, Н_м для каждой турбины принимаются из таблицы 1(см. приложение).

Средняя температура воды для натурной турбины назначается в зависимости от предполагаемого места расположения ГЭС. По согласованию с консультантом принимаем t = 10 ^оС. Средняя температура воды для модельной турбины принимается из таблицы 1(см. Приложение).

· Для ПЛ60-В-450:

;

.

· Для ПЛ60-В-475:

;

.

· Для ПЛД60-В60⁰-450:

;

;

· Для ПЛД60-В60⁰-475:

;

.

Для РО75-В-450:

;

.

· Для РО75-В-475:

;

.

1.5. Определяем поправку КПД за счет масштабного эффекта и отношение КПД натурной и модельной турбин в оптимальном режиме:

Д_м = _{н оpt} - _{м оpt} (1.7)

m = _{н оpt} /_{м оpt} (1.8)

· Для ПЛ60-В-450:

Д_м = 0,944 - 0,913 = 0,031;

m = 0,942/0,913 = 1,034.

· Для ПЛ60-В-475:

Д_м = 0,944 - 0,913 = 0,031;

m = 0,944/0,913 = 1,034.

· Для ПЛД60-В60⁰-450:

Д_м = 0,94 - 0,906 = 0,034;

m = 0,94/0,906 = 1,038.

· Для ПЛД60-В60⁰-475:

Д_м = 0,939 - 0,906 = 0,033;

m = 0,939/0,906 = 1,036.

· Для РО75-В-450:

Д_м = 0,955 - 0,920 = 0,035;

m = 0,955/0,920 = 1,038.

· Для РО75-В-475:

Д_м = 0,955 - 0,920 = 0,035;

m = 0,955/0,920 = 1,038.

2.6. Определяем частоту вращения турбины:

(1.9)

где n_I^'_p , об/мин - расчетное значение приведенной частоты вращения. Предварительно принимаем n_I^'_p = n_I^'_оpt .

Полученное по (1.9) значение частоты округляется до ближайшего синхронного значения частоты вращения n_синхр.

· Для ПЛ60-В-450:

(об/мин);

принимаем n_синхр= 166,6 (об/мин) - гидрогенератор с 18 парами полюсов.

Для ПЛ60-В-4,75:

(об/мин);

принимаем n_синхр= 157,9 (об/мин) - гидрогенератор с 19 парами полюсов.

· Для ПЛД60-В60⁰-450:

(об/мин);

принимаем n_синхр= 157,9 (об/мин) - гидрогенератор с 18 парами полюсов.

· Для ПЛД60-В60⁰-475:

(об/мин);

принимаем n_синхр= 150(об/мин) - гидрогенератор с 20 парами полюсов.

· Для РО-75-В-450:

(об/мин);

принимаем n_синхр= 120,0(об/мин) - гидрогенератор с 25 парами полюсов.

· Для РО-75-В-475:

(об/мин);

принимаем n_синхр=111,1 (об/мин) - гидрогенератор с 27 парами полюсов.

Принятые значения синхронных частот вращения являются единственно возможными для выбранных турбин и исходных начальных данных. При использовании других, близких синхронных частот вращения рабочая зона турбины на универсальной характеристике удаляется от области оптимума КПД.

1.7. Уточняем значение расчётной приведенной частоты вращения:

. (1.10)

· Для ПЛ60-В-450:

(об/мин).

Для ПЛ60-В-475:

(об/мин).

· Для ПЛД60-В60⁰-450:

(об/мин).

Для ПЛД60-В60⁰-475:

(об/мин).

· Для РО75-В-450:

(об/мин).

Для РО75-В-475:

(об/мин).

1.8. Определяем рабочую зону турбины на УХ по формулам:

(1.11)

(1.12)

· Для ПЛ60-В-450:

(об/мин),

(об/мин).

· Для ПЛ60-В-475:

(об/мин),

(об/мин).

· Для ПЛД60-В60⁰-450:

(об/мин),

(об/мин).

· Для ПЛД60-В60⁰-475:

(об/мин),

(об/мин).

· Для РО75-В-450:

(об/мин),

(об/мин).

· Для РО75-В-475:

(об/мин),

(об/мин).

1.9. Определяем «расчетную точку» турбины на универсальной характеристике. Для этого вычисляем произведение:

(1.13)

· Для ПЛ60-В-450:

.

· Для ПЛ60-В-475:

.

· Для ПЛД60-В60⁰-450:

.

· Для ПЛД60-В60⁰-475:

.

· Для РО75-В-450:

· Для РО75-В-475:

Далее определяем в какой точке УХ, расположенной на линии n_I^'_p= Const, произведение Q_I^' и КПД модели отвечает условию (1.13). Поиск ведём методом последовательных приближений.

Для найденной «расчетной точки» выписываем значения Q_I^' , _м и коэффициента кавитации .

· Для ПЛ60-В-450:

Q_I^' = 1,41 (м³/с);

_м= 0,863;

=0,412.

· Для ПЛ60-В-475:

Q_I^' = 1,24 (м³/с);

_м= 0,881;

= 0,325.

· Для ПЛД60-В60⁰-450:

Q_I^' = 1,34(м³/с);

_м= 0,902;

=0,46.

· Для ПЛД60-В60⁰-475:

Q_I^' = 1,205 (м³/с);

_м= 0,9035;

= 0,39.

· Для РО75-В-475:

Q_I^' = 1,260 (м³/с);

_м= 0,86;

= 0,21.

Можно отбросить турбину РО75-В-450, т.к. расчётная точка для неё не попадает на универсальную характеристику модели. Т.е. дальнейшие расчёты для РО75-В-450 проводиться не будут.

1.10. Определяем допустимую высоту отсасывания:

Н^доп_s = 10 - /900 - ?Н_p - ДН_s + ДZ_х.пл, (1.14)

где - отметка расположения рабочего колеса турбины, которая принимается предварительно равной НУ_р;

ДН_s = 1,5 м - дополнительное заглубление рабочего колеса, учитывающие неточности определения при модельных испытаниях, масштабный эффект и антикавитационный запас; ДZ_х.пл - разность отметок характерных плоскостей модельной и натурной турбин, которая определяется следующим образом:

- для осевых вертикальных турбин (ПЛ)

Д Z _х.пл = 0;

- для вертикальных диагональных и радиально-осевых турбин (ПЛД и РО)

Д Z _х.пл = B_ом · D_{1 н} / ( D_{1 м} · 2 ). (1.15)

Для РО:

Для ПЛД:

· Для ПЛ60-В-450:

Н^доп_s = 10 - 50/900 - 0,412 ? 39,9 - 1,5 + 0 = -7,99 (м).

· Для ПЛ60-В-475:

Н^доп_s = 10 - 50/900 - 0,325 ? 39,9 - 1,5 + 0 = -4,52 (м).

· Для ПЛД60-В60⁰-450:

Д Z _х.пл = 0,353 · 4,50 / 2 = 0,792 (м);

Н^доп_s = 10 - 50/900 - 0,46 ? 39,9 - 1,5 + 0,792 = -9,118 (м).

· Для ПЛД60-В60⁰-475:

Д Z _х.пл = 0,353 · 4,75 / 2 = 0,84 (м);

Н^доп_s = 10 - 59/900 - 0,39 ? 39,9 - 1,5 + 0,84 = -6,28 (м).

· Для РО75-В-475:

Д Z _х.пл = 0,35 · 4,75 / 2 = 0,84 (м);

Н^доп_s = 10 - 50/900 - 0,21 ? 39,9 - 1,5 +0,84 = 0,905 (м).

1.11. Сопоставление вариантов турбин и выбор оптимального.

Сведём данные расчетов по всем рассматриваемым вариантам турбин в таблицу 1-2.

2.При определении _{н р.т.} в «расчетной точке» (графа 7) следует учитывать поправку на масштабный эффект:

_н = _м + Д (1.16)

где Д - поправка, определенная ранее по (1.5).

· Для ПЛ60-В-450: _{н р.т} = 0,863 + 0,031 = 0,894.

· Для ПЛ60-В-475: _{н р.т} = 0,881 + 0,031 = 0,912.

· Для ПЛД60-В60⁰-450: _{н р.т} = 0,902 + 0,034 = 0,936.

· Для ПЛД60-В60⁰-475: _{н р.т} = 0,904 + 0,033 = 0,937.

· Для РО75-В-450: _{н р.т} = + =.

· Для РО75-В-475: _{н р.т} = 0,86 + 0,035 = 0,895.

ПОКАЗАТЕЛИ НАТУРНЫХ ГИДРОТУРБИН

Таблица 1-3

№ вар.	Марка турбины	D1, м	nсинх, об/мин	Ндопs , м	н оpt	н р.т.	nI'p, об/мин	nI'оpt, об/мин
1	ПЛ60-В-450	4,50	166,6	-7,99	0,913	0,894	116,7	116
2	ПЛ60-В-475	4,75	157,9	-4,52	0,913	0,912	116,7	116
3	ПЛД60-В600-450	4,50	150,0	-9,118	0,906	0,936	110,41	111
4	ПЛД60-В600-475	4,75	120,0	-6,28	0,906	0,937	110,82	111
5	РО75-В-475	4,75	111,1	0,905	0,920	0,895	82,0	83

Сравнивая полученные варианты турбин для дальнейших расчётов выбираем турбину ПЛД60-В60⁰-475, так как высота отсасывания Н^доп_s = -6,28 (м.), для этой турбины соответствует заданной величине Н_s = - 6,5(м.) с точностью 0,5 (м.),т. е. выполняется условие: Н^доп_s ? Н_s. . Рабочая зона турбины ПЛД60-В60⁰-475 на УХ лежит в зоне оптимума.



2. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГИДРОТУРБИНЫ

Для выбранной турбины рассчитаем и построим зависимости

= f₁(N), Н^доп_s = f₂(N) и Q = f₃(N)

при синхронной частоте вращения n _синх для четырех значений напора (H_max, H_ср, H_p, H_min).

Среднее значение напора Н_ср определяется следующим образом:

Н_ср = (Н_р + Н_max)/2, если (Н_max - Н_p) > (Н_р - Н_min);

Н_ср = (Н_р + Н_min)/2, если (Н_max - Н_p) < (Н_р - Н_min).

Н_max - Н_p =52,0 - 39,9=12,1 (м);

Н_р - Н_min=39,9-36,0=3,9 (м);

(Н_max - Н_p) > (Н_р - Н_min) >

Н_ср = (52+39,9)/2 = 45,92 (м).

Расчет производим на основании универсальной характеристики выбранной модели. Результаты расчёта сведём в таблицы 2.

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

, (2.2)



где = 150,0 (об/мин) - синхронная частота вращения (см. п.1);

= 4,75 (м) - диаметр рабочего колеса (см. п.1);

= 1,036 - отношение КПД натурной и модельной турбин в оптимальном режиме (формула 1.8).

Ш Для Н_min = 36,0 (м):

(об/мин).

Ш Для Н_ср = 45,92 (м):

(об/мин).

Ш Для Н_р = 39,9 (м):

(об/мин).

Ш Для Н_max = 52,0 (м):

(об/мин).

2.2. В графы 2 и 3 таблиц 2 записываем значения КПД модели и приведённого расхода, определяемые по УХ в точках пересечения линии n_I^' = Const с изолиниями КПД.

2.3. В графы 4, 5 и 6 таблиц 2 записываем значения коэффициента кавитации у, КПД модели и приведенного расхода, определяемые по УХ в точках пересечения линий n_I^' = Const с изолиниями у. При этом значения КПД модели определяем путем линейной интерполяции.

2.4. В графу 7 таблиц 2 записываем значения КПД натурной турбины, вычисленные по формуле:

_н = _м + Д , (2.3)



где Д - поправка на масштабный эффект, вычисленная для оптимального режима, и условно принимаемая постоянной для всей рабочей зоны турбины;

_м - КПД модели, берём из графы 2 таблиц 2.

В графу 8 таблиц 2 записываем значения расхода натурной турбины, вычисленные по формуле:

Q = k_Q • Q_I^' , (2.4)

где k_Q = D₁² •(m • H_i)^0,5;

Q_I^' - приведённый расход, берём из графы 3 таблиц 2.

В графу 9 таблиц 2 записываем значения мощности натурной турбины, вычисленные по формуле:

N = k_N • Q_I^' • _м (2.5)

где k_N = 9,81•D₁² • (m • H_i)^1,5.

Ш Для Н_min = 36,0 (м):

k_Q = 4,75² • (1,036 • 36,0)^0,5 = 137,79;

k_N = 9,81• 4,75² • (1,036 • 36,0)^1,5 = 50413,8.

Ш Для Н_ср = 45,92 (м):

k_Q = 4,75² • (1,036 • 45,92)^0,5 = 155,621;

k_N = 9,81• 4,75² • (1,036 • 45,92)^1,5 = 72627,1

Ш Для Н_р = 39,9 (м): k_Q = 4,75² • (1,036 • 39,9)^0,5 = 145,062;

k_N = 9,81• 4,75² • (1,036 • 39,9)^1,5 = 58824,1.

Ш Для Н_max = 52,0 (м):

k_Q = 4,75² • (1,036 • 52,0)^0,5 = 165,603;

k_N = 9,81• 4,75² • (1,036 • 52,0)^1,5 = 87518,7.

2.5. В графах 10 и 11 таблиц 2 записываем значения допустимой высоты отсасывания, вычисляемые по (1.14) для рассчитываемого значения напора, и соответствующие им значения мощности натурной турбины:

N_у = k_N • Q_I^'_,у• _м,у, (2.6)

где k_N - определен в (2.4);

значения , _м,у и Q_I^' _у берём из граф 4, 5 и 6 таблиц 2.

Составляем сводные таблицы для четырех напоров.

Таблица 2-1

	Модель	Натура H=36,0м
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	0,87	0,660	0,25	0,903	1,105	0,903	90,941	28947,60	-2,196	50303,65
2	0,88	0,720	0,30	0,906	1,115	0,913	99,209	31942,18	-4,492	50927,52
3	0,89	0,800	0,35	0,905	1,200	0,923	110,232	35894,63	-6,788	54749,39
4	0,90	0,920	0,40	0,903	1,270	0,933	126,767	41742,63	-9,084	57815,05
5	0,90	1,440	0,45	0,902	1,320	0,933	198,418	65336,28	-11,380	60024,69
6	0,89	1,625	0,50	0,901	1,410	0,903	90,941	28947,60	-13,676	64046,20
			0,55	0,898	1,470				-15,972	66549,24
			0,60	0,894	1,530				-18,268	68957,00
			0,65	0,891	1,600				-20,564	71869,91

Таблица 2-2

	Модель	Натура H=39,9м
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	0,88	0,675	0,15	0,893	0,770	0,913	97,92	34941,52	3,30	40448,04
2	0,89	0,720	0,20	0,901	0,935	0,923	104,44	37694,48	1,30	49555,48
3	0,90	0,860	0,25	0,904	1,020	0,933	124,75	45529,85	-0,69	54240,53
4	0,90	1,400	0,30	0,906	1,105	0,933	203,09	74118,37	-2,69	58890,57
5	0,89	1,600	0,35	0,905	1,180	0,923	232,10	83765,52	-4,68	62818,26
6			0,40	0,904	1,240				-6,68	65939,46
7			0,45	0,902	1,315				-8,67	69773,03
8			0,50	0,900	1,385				-10,67	73324,24
9			0,55	0,898	1,445				-12,66	76330,74
10			0,60	0,894	1,510				-14,66	79409,01

Таблица 2-3

	Модель	Натура H=45,92
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	0,88	0,615	0,15	0,897	0,810	0,913	95,707	31835,60	2,396	52768,67
2	0,89	0,700	0,20	0,901	0,920	0,923	108,935	36647,41	0,100	60202,06
3	0,90	0,860	0,25	0,903	1,005	0,933	133,834	45529,85	-2,196	65910,18
4	0,90	1,220	0,30	0,905	1,085	0,933	189,858	64588,86	-4,492	71314,37
5	0,89	1,460	0,35	0,905	1,160	0,923	227,207	76436,04	-6,788	76243,93
6			0,40	0,901	1,220				-9,084	79833,16
7			0,45	0,897	1,290				-11,380	84039,00
8			0,50	0,893	1,355				-13,676	87879,88

Таблица 2-4

	Модель	Натура H=52,0м
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	0,87	0,570	0,15	0,892	0,840	0,903	94,394	43400,52	2,396	65576,01
2	0,88	0,615	0,20	0,893	0,910	0,913	101,846	47365,12	0,100	71120,32
3	0,9	0,9	0,25	0,893	1,000	0,933	149,043	70890,15	-2,196	78154,20
4	0,9	1,020	0,30	0,892	1,075	0,933	168,915	80342,17	-4,492	83921,68
5	0,89	0,710	0,35	0,891	1,145	0,923	117,578	55303,07	-6,788	89286,14
6	0,89	1,200	0,40	0,890	1,205	0,923	198,724	93469,97	-9,084	93859,43



2.6. По данным таблиц 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 построим рабочие характеристики турбины для четырех напоров: = f(N) (Рис. 2.1); Н^доп_s = f(N) (Рис. 2.2); Q = f(N) (Рис. 2.3).

Рисунок 2.1 Характеристика з=f(N).

Рисунок 2.2 Характеристика H^s_доп.= f(N).



Рисунок 2.3 Характеристика Q = f₃(N)



3. ПОСТРОЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТУРБИНЫ

Построим эксплуатационную напорно-мощностную характеристику турбины, используя для этого построенные рабочие характеристики, а также вспомогательные зависимости открытий направляющего аппарата a_o = f(N) и углов установки лопастей рабочего колеса поворотно-лопастных турбин ц = f (N).

3.1. Расчет зависимостей

a_o = f₄ (N) и ц = f₅ (N)

проводим на основании УХ турбины для четырех напоров. Данные расчетов сведём в таблицы 3-1 и 3-2.

3.2. В графу 5 таблиц 4-1 записываем значения a_oн натурной турбины, рассчитываемые по формуле:

, (4.1)

где D_0м = 0,575(м) и z_0м = 24 - диаметр окружности расположения осей лопаток направляющего аппарата и число этих лопаток (указаны на УХ);

D_0н и z_0н - то же для натурной турбины.

Для ПЛ турбин:

D_0н = 1,2 · D₁.

D_0н = 1,2 · 4,75= 5,70(м);

Так как D_0н < 7 (м), то число лопаток направляющего аппарата:

z_0н = 20.

3.3. В графу 1 таблиц 3-2 записываем значения угла установки лопасти модели, обозначенные на УХ. Эти же значения угла ц принимаем и для натурной турбины.

3.4. В графы 2 и 3 таблиц 3-2 записываем значения КПД модели и приведенного расхода, определяемые на УХ в точках пересечения горизонталей n_I^' = Const с линиями угла установки ц (значения _м определяем интерполяцией).

3.6. Мощность турбины во всех таблицах определяется по формуле (2.5).

Составляем сводные таблицы для четырех напоров.

Таблица 3-1-1

Модель nI' = 116,669 (об/мин)	Натура Нmin = 36,0 м.
№ точек	aoм, мм	м	QI', м3/с	aoн, мм	N, кВт
1	2	3	4	5	6
1	30	0,893	0,830	297,39	37366,20
2	35	0,904	1,100	346,96	50131,48
3	40	0,900	1,440	396,52	65336,28

Таблица 3-2-1

ц0	Модель nI' = 116,669 (об/мин)	Натура Нmin = 36,0 м.
	м	QI', м3/с	N, кВт
1	2	3	4
-5	0,870	0,655	28728,30
0	0,900	0,905	41062,04
+5	0,903	1,150	52352,21
+10	0,901	1,400	63591,97
+15	0,889	1,645	73725,39

Таблица 3-1-2

Модель nI' = 110,8 (об/мин)	Натура Нср = 39,9.
№ точек	aoм, мм	м	QI', м3/с	aoн, мм	N, кВт
1	2	3	4	5	6
1	25	0,883	0,635	247,83	32982,97
2	30	0,901	0,870	297,40	46110,45
3	35	0,905	1,150	346,96	61221,18
4	40	0,894	1,510	396,53	79409,01

Таблица 3-2-2

ц0	Модель nI' = 110,8 (об/мин)	Натура Нmin = 39,9 м.
	м	QI', м3/с	N, кВт
1	2	3	4
-5	0,872	0,620	31802,66
0	0,900	0,860	45529,85
+5	0,905	1,090	58027,03
+10	0,901	1,335	70755,69
+15	0,891	1,560	81763,15

Таблица 3-1-3

Модель nI' = 103,309 (об/мин)	Натура Нр = 45,92 м.
№ точек	aoм, мм	м	QI', м3/с	aoн, мм	N, кВт
1	2	3	4	5	6
1	25	0,888	0,685	247,83	44177,61
2	30	0,902	0,930	297,40	60923,97
3	35	0,900	1,215	346,96	79417,73

Таблица 3-2-3

ц0	Модель nI' = 103,309 (об/мин)	Натура Нр = 45,92 м
	м	QI', м3/с	N, кВт
1	2	3	4
-5	0,879	0,580	37026,75
0	0,896	0,810	52709,84
+5	0,903	1,010	66238,09
+10	0,900	1,245	81378,67
+15	0,890	1,470	95018,03

Таблица 3-1-4

Модель nI' = 97,04 (об/мин)	Натура Нmax = 52 м
№ точек	aoм, мм	м	QI', м3/с	aoн, мм	N, кВт
1	2	3	4	5	6
1	25	0,890	0,720	247,83	56081,98
2	30	0,895	0,975	297,40	76371,01
3	40	0,889	1,270	346,53	98811,24

Таблица 3-2-4

ц0	Модель nI' = 97,04 (об/мин)	Натура Нmax = 52 м
	м	QI', м3/с	N, кВт
1	2	3	4
-5	0,869	0,550	41829,56
0	0,891	0,765	59654,06
+5	0,895	0,960	75196,07
+10	0,890	1,175	91522,68
+15	0,882	1,395б	107682,13

3.7. Построим графики зависимостей угла открытия направляющего аппарата и угла поворота лопасти рабочего колеса от мощности, рисунки 3.1-3.2

Рисунок 3.1 Зависимость угла открытия направляющего аппарата от мощности.



Рисунок 3.2 Зависимость угла поворота лопасти рабочего колеса от мощности.

3.8. Построим эксплуатационную характеристику турбины .

В координатах N - Н наносим изолинии КПД турбины (8 -10 кривых через 1 - 2%), линии равных допустимых высот отсасывания (4 - 5 линий), линии равных открытий направляющего аппарата а_0н и линии равных углов установки лопастей ф. Для этой цели полученные выше графики соответствующих зависимостей рассекаем горизонтальными линиями и точки их пересечения переносим на поле N - H (по значениям мощности при данном напоре). Соединяя точки равных значений соответствующих параметров, получаем эксплуатационную характеристику.

На эксплуатационной характеристике наносим линии ограничения мощности, причем:

§ На участке от до линия ограничения, как правило, является вертикальной N = const и соответствует номинальной мощности турбины (ограничение по генератору).

§ На участке от линия ограничения является наклонной и соответствует постоянству одного из следующих параметров:

- а_0н = const (ограничение по а_0max);

- ф = const (ограничение );

- (ограничение по ).

При этом ограничивающее значение принятого параметра соответствует его значению в «рабочей» точке и определяется из построенных графиков

для заданной нормальной мощности. Из этих же графиков определяется и N*, которое соответствует линии ограничения при .

Конструктивная реализация линии ограничения проще всего осуществляется при выполнении условий а₀ = const или ф = const. Поэтому предпочтение следует отдавать этим параметрам.

Эксплуатационная характеристика турбины ПЛД60-В60⁰-475 представлена на рисунке 3.3.



4. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ БЕТОННОЙ СПИРАЛЬНОЙ КАМЕРЫ

Для турбины ПЛД60-В60⁰-475 , принимаем бетонную спиральную камеру, с плоским потолком и углом охвата ц^? = 225^?

В основу гидромеханического расчета спиральной камеры заложены три условия, которым должен подчиняться поток протекающей в ней жидкости:

1. Равномерное распределение расхода по окружности направляющего аппарата. Это условие обеспечивается, если в любом радиальном сечении будут одинаковы радиальные составляющие скорости u_г.

2. Одинаковая закрутка потока перед направляющим аппаратом т.е. х_ur = const, где х_u - окружная составляющая скорости в любой точке потока; r - радиус расположения точки.

3. Размеры радиальных сечений спиральной камеры должны быть такими, чтобы средние скорости потока в них не превосходили предельных значений, определяемых уровнем допустимых потерь.

Исходными данными для расчета спиральной камеры являются:

Форму входного сечения развитой вниз (с горизонтальным потолком).

1. Угол охвата спиральной камеры -

2. Диаметр расположения входных кромок статора:

3. Диаметр расположения выходных кромок статора:

4. Высота статора:



5. Закон изменения положения вершин сечений - линейный;

6. Допустимые средние скорости воды во входном сечении по рис. 4.1.

Рисунок 4.1

Введем некоторые обозначения:



Рисунок 4.2 Тавровое сечение бетонной спиральной камеры с плоским потолком.

Расчет:

4.1.Полный расход через турбину при расчетных значениях напора и мощности:

Где N - установленная мощность; КПД турбины в расчетной точке.

Расход через входное сечение спиральной камеры:

4.2.По рисунку 3 определяем значение допустимой средней скорости по заданному и вычисляем площадь входного сечения для бетонной спиральной камеры:



4.3.Вычислим радиус входного сечения :

Площадь входного сечения по его геометрическим параметрам:

;

Выразим из приведенного выше рисунка входного сечения спиральной камеры

-

т.к. принята спиральная камера с плоским потолком (n = 0), развитая вниз отсюда получаем:

;

;

Решая полученное квадратное уравнение в программе MathCad, получаем:

ринимаем положительный корень решения уравнения.



4.4.Разобьём входное сечение на элементы простой формы и для каждого из них найдем геометрический параметр J:

Угол при таком расходе:

Из закона постоянства момента скорости:

Закон изменения высоты полоса:

Принимаем шаг равным::

Шаг для m = 4,07/9 = 0,452;

Для остальных радиальных сечений спиральной камеры, расположенных в промежутке от входного сечения до зуба спирали проводим аналогичные расчеты подобные приведенным выше и сводим их в таблицу 4.1.

Таблица4.1.

	Ri	m	I1	I3	I5	Ii	Ii	Qi	цi	ai	bi	Fi	Vi	Q	ц
1(вх)	7,47	4,068	1,393	0,757	1,054	3,203	3,20	109,00	225	3,60	5,76	13,45	8,10	109,00	225,0
2	7,01	3,616	1,284	0,614	0,839	2,737	2,85	96,89	200	3,14	5,02	11,19	8,66	93,12	192,2
3	6,54	3,164	1,168	0,483	0,639	2,290	2,49	84,78	175	2,67	4,27	9,07	9,35	77,91	160,8
4	6,08	2,712	1,043	0,365	0,457	1,865	2,14	72,67	150	2,21	3,53	7,09	10,25	63,45	131,0
5	5,61	2,260	0,908	0,261	0,295	1,465	1,78	60,56	125	1,74	2,78	5,24	11,55	49,83	102,9
6	5,15	1,808	0,762	0,172	0,159	1,093	1,42	48,44	100	1,28	2,04	3,54	13,70	37,18	76,8
7	4,68	1,356	0,602	0,100	0,053	0,754	1,07	36,33	75	0,81	1,30	1,97	18,45	25,66	53,0
8	4,22	0,904	0,424	0,046	-0,016	0,454	0,71	24,22	50	0,35	0,55	0,75	44,85	15,45	31,9
9	3,75	0,452	0,227	0,012	-0,038	0,200	0,36	12	25	0,12	0,21	0,54	16,13	6,82	14,1
10	3,29	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,00	0	0	-0,58	0,19	0,25	0,00	0,00	0,0

Таблица 4.2

ц	0	15	30	45	60	75	90	105	120	135	150	165	180	195	210	225
R		3,53	4,19	4,50	4,90	5,10	5,40	5,61	5,90	6,15	6,39	6,60	6,80	7,05	7,25	7,47

4.5. Используя данные таблицы 4.1. построим график зависимости ц_сп = f (R_i). Он представлен на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 Зависимость ц_сп = f (R_i)

4.6. Разбиваем угол охвата спиральной части камеры на интервалы по 15 градусов ,с характеристики на рисунке 4.1. снимаем значения R_i для каждого значения угла ц. Сведём значения углов и соответствующих им радиусов в таблицу 4.2. По данным таблицы 4.2. построим план спиральной камеры, он представлен на рисунке 4.2.



Рисунок 4.2 Спиральная камера

При ширине подвода более 7 - 8 м нужно установить промежуточный бычок.

Ширина подвода:



Примем толщину бычка равной 1,50 м, чтобы ширина водовода была равной 15,5 м.



5. ПОДБОР И КОНТРОЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ОТСАСЫВАНИЯ ТРУБЫ

В проекте для вертикальных агрегатов будем принимать изогнутые отсасывающие трубы и использовать отсасывающую трубу геометрически подобную модельной турбине.

Основные размеры отсасывающей трубы пересчитываем по отношению диаметров модели и турбины.Пересчитаем размеры с универсальной характеристики:

· Размеры конического раструба диффузора трубы:

· Размеры колена отсасывающей трубы:

· Размеры горизонтального раструба:



Принимаем равным 14,0 м для обеспечения стандартных щитовых затворов.

Рассчитаем средние скорости и средние удельные кинетические энергии потока для: 1. Оптимального режима, при рабочем напоре ;

1. Максимального режима, при максимальном напоре

· Средние скорости в сечениях:

· Рассчитаем средние удельные кинетические энергии:

=4,15;

Средние скорости в сечениях:

· Рассчитаем средние удельные кинетические энергии:

=4, 25;

· Рассчитаем длины участков отсасывающей трубы:

По окончательно принятым размерам отсасывающей трубы построим графики изменения средней меридианной скорости и средней удельной кинетической энергии потока для оптимального режима при расчётном напоре и максимальном расходе.

Рисунок 5.1 Распределение параметров по длине отсасыва...