а370,383

МО 0,5 1 1,5 2 2,5

Рнс. 5-1. Многоступенчатый насос ГАЭС Сан-Фнорано (Италия). 118

вертикальной компоновке двигатель-генератор расположен по* середине, турбина - над ним, а насос установлен под двигателем-генератором. Весь агрегат имеет жесткое соединение валов. По мнению фирмы, к достоинствам этой схемы относится отказ от муфт сцепления, меньшее количество подшипников, возможность разгона агрегата турбиной, большая маневренность (меньшее время перевода из одного режима в другой), сокращение сроков строительства и уменьшение объемов работ [11]. Однако анализ удельных показателей подземных машинных залов ГАЭС (см. рис. 7-2) показывает, что объем выломки по ГАЭС Вальдек II почти вдвое превышает аналогичный показатель при двухмашинной схеме оборудования.

В настоящее время для трехмашинных агрегатов на напоры до 700 м применяют радиально-осевые турбины и одно-или многоступенчатые центробежные насосы, а на более высокие напоры - ковшовые турбины в сочетании с многоступенчатыми насосами (рис. 5-1, 5-2).

Ковшовые турбины успешно применяются в диапазоне напоров от 350 до 1800 м. Они обладают быстроходностью 8 = 20-50, высокими энергетическими качествами (т1одт = 92%) и достаточно пологой рабочей характеристикой. Число сопл изменяется от 1 до 6. Многосопловые турбины устанавливаются в основном на напоры до 1000 м.

Рекордными по напору (1350-1418 м) являются четырех-сопловые турбины ГАЭС Сан-Фиорано.

Многосопловые турбины допускают широкую регулировку мощности за счет изменения количества работающих насадков. Например, фирмой Эшер Висе на ГАЭС Тиссо (Норвегия) осуществлено регулирование мощности в пределах от 0,15 до 1,0 jViiom включением двух-шести сопл. При этом обеспечена пологая энергетическая характеристика турбины (рис. 5-3).

Мощности современных ковшовых турбин достигают 200 МВт (ГЭС Мон-Сени, напор 869 м). Рост единичных мощностей агрегатов потребовал дополнительного заглубления насоса, что, в свою очередь, привело к увеличению вертикальных габаритов машинного зала.

Радиально-осевые турбины в составе трехмашинных агрегатов устанавливаются на ГАЭС с напорами до 700 м (Россхаг -672 м, Хорнберг -653 м, Феррера -522 м).

Коэффициенты быстроходности высоконапорных радиально-осевых гидротурбин изменяются от 60 до 200 и более. Для напоров до 300 м, по данным фирмы Нейрпик , к. п. д. этих турбин в оптимуме составляет 92-92,5%, а для быстроходностей Мд = 200 максимальные значения к. п. д. достигают 94% (рис. 5-4). При ns< 100 энергетические качества турбин ухудшаются.

Максимальные единичные мощности турбин этого типа, используемых для целей гидроаккумулирования, достигают 200 МВт (Вальдек II). При напорах свыше 300 м применяют

Рис. 5-2. Гидроагрегат ГАЭС Люнерзее (Австрия).

/ - двигатель-генератор; 2 -ковшовая турбина; J-шаровой затвор; --преобразователь пускового момента; 5 - муфта сцепления; 6 - кольцевой затвор; 7 - пятистуаеича-

тый насос.

турбины с частотой вращения 500-750 об/мин, что позволяет получить обжатые габариты агрегатов.

Одноступенчатые насосы с хорошими энергетическими качествами создаются на напоры до 300-400 м. ГАЭС с напорами выше 400 м оборудуются обычно многоступен-

Рис. 5-3. Зависимость оптимального дд числа работающих сопл от нагрузки турбины.

о 10 го 30 40 50 60 то so -90 ЮОМВт

чатыми (до 12 ступеней) насосами. Применение различного-числа ступеней позволяет выбрать наиболее экономичные характеристики насоса на заданные параметры (рис. 5-5). Современный подход к выбору значений быстроходности многоступенчатых центробежных насосов в зависимости от напора для одной ступени и коэффициента кавитации а от быстроходности 8 прослеживается на рис. 5-6.

Как видно из рис. 5-7, зона оптимальных быстроходностей для центробежных насосов находится в пределах Пв= 160230;-при этом к. п. д. превышает 91%. Смещение в сторону меньших п-5 ведет к резкому падению к. п. д. (рис. 5-7).

2 с гул

Рис. 5-4. Зависимость максимального значения к. п. д. (в оптимуме эксплуатационной характеристики) от быстроходности lis и диаметра ра-бочего колеса Di для радиально-осевых Турбин.

Рис. 5-5. Зависимость количества ступеней 2 и диаметра Di центробежного насоса от быстро.ходности Пд.

о,го

0,10

70 во 90 100 120 т 160 180 а)

0,06 0,05

70 8 0 90 109 120 ПО IS0180

Рис. 5-6. Зависимости быстроходности от напора (а) и коэффициента кавитации от быстроходности (б) для многоступенчатых центробежных насосов ГАЭС.

J Лете-Сава (Италия); 2 - Сан-Фиорано (Италия); 3 - Ланзада (Италия); - Лаго-Делио (Италия); 5 -Вальсоэра Телессио (Италия); й - Фадальто (Италия); 7 - Прако-муне (Италия); в - Кампо Моро (Италия); 9 -Гвадалами (Италия); /О - Вилла Гаро-наио (Италия); - Сан Масенжа (Италия); 72 - Мапрагг (Швейцария); 73 - Россхаг {Австрия); /< -Онгрэн-Леман (Швейцария); 75 - Нерва (Италия); /5 - Ибон де Ип (Испания); /7 - Эдало (Италия); / - Зеккинген (ФРГ).

Рис. 5-7. Зависимость к. п. д. одноступенчатого

гоо 250 насоса от быстроходности

Наиболее крупные насосы для трехмашинных агрегатов; ГАЭС созданы фирмой Фойт для ГАЭС Вальдек И одноступенчатые насосы .мощностью 240 МВт на нанор 340 м, с подачей 66 мс и для ГАЭС Эцталь многоступенчатые насосы мощностью 103 МВт на напор 1212 м.

б) Двухмашинные обратимые агрегаты

Двухмашинный агрегат ГАЭС состоит из обратимой гидромашины, жестко соединенной с реверсивной электромашиной. Работа двухмашинных агрегатов в турбинном и насосном режимах происходит при противоположных направлениях вращения. Обратимая машина обычно создается в вертикальном исполнении, так как горизонтальная компоновка двухмашинных агрегатов не дает ощутимого снижения объема строительных работ и связана с рядом трудностей при изготовлении машин и их эксплуатации.

Применение обратимых агрегатов позволяет существенно снизить стоимость ГАЭС за счет сокращения строительных габаритов машинного зала, уменьшения на 20-30% стоимости оборудования, подводящих водоводов, количества запорных органов.

Однако анализ энергетических характеристик обратимых гидромашин показывает, что при одинаковой частоте вращения в турбинном и насосном режимах максимальное значение к. п. д. турбины достигается при более высоком напоре, чем максимальное значение к. п. д. насоса. Это обстоятельство не согласуется с гидравлическими условиями работы ГАЭС, так как нанор, преодолеваемый насосами, всегда выше напора, действующего на турбины (при равном геометрическом напоре). Поскольку диапазон высоких значений к. п. д. для каждого режима по напору достаточно узкий, эффективность работы обратимого агрегата в случае значительных колебаний напоров установки заметно снижается.

Для обеспечения совпадения максимальных значений к. и. д. обратимой гидромашины в турбинном и насосном режимах необходимо обеспечить в турбинном режиме либо больший нанор, либо меньшую (на 15-20%) частоту вращения, чем в насосном режиме. При выполнении обратимой гидромашины с одинаковой частотой вращения неизбежны дополнительные потери энергии за счет снижения ее к. п. д. на 1-3% (главным образом, за счет снижения к. п. д. турбины).

Кроме того, обратимая гидромашина имеет и другие особенности, снижающие ее эффективность. Так, необходимость обеспечения безотрывного обтекания лопастей рабочего колеса при насосном режиме вызывает увеличение наружного диаметра рабочего колеса радиально-осевого типа примерно на 40% (для