Главная >  Гидроаккумулирование энергетических систем 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 [ 21 ] 22 23 24 25 26 27 28 29 30

обеспечения малых лопастных углов на его напорной стороне). Поэтому приведенный расход в обратимых гидромашинах значительно меньше, чем в гидротурбинах с теми же параметрами 119, 24].

В обратимых гидромашинах поворотно-лопастного типа втулочное отношение и густота лопастной системы также больше применяемых для обычных турбин.

Вместе с тем отмеченные особенности обрати.мых гидромашин приводят к тому, что угонная частота вращения обрати-



Рис. 5-8. Двухступенчатая обратимая гидромашииа с регулируемым иаправ-дяющим аппаратом (УУ=600 МВт, п=333 об/мин, Я = 600 м, фирма Нейр-пик ).

Рис. 5-9. Пятиступенчатая обратимая гидромашииа с фиксированным направ-ляюшим аппаратом для ГАЭС Ла Кош (Л = 80 МВт, =600 об/мин, Я= =933 м).

мых рабочих колес при турбинном режиме существенно меньше, чем у обычных турбин с теми же параметрами.

Поворотные лопатки направляющего аппарата обратимой гидромашины по условиям прочности приходится делать более толстыми, чем неподвижные направляющие лопатки обычного насоса. Это, естественно, приводит к некоторому ухудшению гидравлического режима в направляющем канале насоса (и, как следствие, к уменьшению к. п. д. по сравнению с обычным насосо.м). Кроме того, это может вызвать значительные пульсации давления потока и вибрации трубопровода при работе агрегата в насосном режиме.

В зависимости от напора двухмашинные гидроагрегаты оборудуются либо поворотно-лопастными (осевыми или диаго-

нальными), либо радиально-осевыми обратимыми гидромашинами. При низких напорах (до 20 м) применяют осевые поворотно-лопастные гидромашины, в том числе капсульного типа. В зоне напоров от 20 до 150 м при значительных колебаниях напора и нагрузки ГАЭС применяются диагональные обратимые гидромашины. В зонах средних и высоких напоров (от 80 до 600 м) в настоящее время, как правило, применяются вертикальные радиально-осевые обратимые одноступенчатые гидромашины. Для напоров до 900-1200 м начинают разрабатывать и создавать многоступенчатые обратимые гидромашины радиально-осевого типа.

Одноступенчатые обратимые гидромашины наиболее полно соответствуют по напору условиям на большинстве выявленных в СССР площадок ГАЭС. Обязательным элементом конструкции таких машин является подвижный направляющий аппарат, обеспечивающий, как и в обычной турбине, регулирование мощности, возможность опорожнения камеры рабочего колеса при переводе агрегата в насосный режим, приспособление насосных расходов к высоте подачи и быструю остановку агрегата при любом режиме работы.

Двухступенчатые обратимые гидромашины могут быть оборудованы, как и одноступенчатые, регулируемым направляющим аппаратом (рис. 5-8).

Обратимые гидромашины с числом ступеней более двух по конструктивным условиям выполняются лишь с фиксирован-ны,м направляющим аппаратом, что исключает возможность регулирования их мощности [47]. На рис. 5-9 приведен рекордный по напору пятиступенчатый обратимый агрегат ГАЭС Ла Кош. Основные параметры этого агрегата следующие:

Насосный Турбинный режим режим

Напор максимальный, м....... 945,5 930,6

Напор минимальный, м....... 882,0 861,7

Подача, м/с, при:

Ямакс.............. 7,70

Ямнн............... 8,70 -

Расход, м/с, при:

Ямакс.............. - -6

Я ............... - 9,16

Мощность, МВт, при:

Ямакс И Qmskc.......... 79,2 74,5

Ямнн и Qmhh........... 83 о 70 2

Частота вращения.......... 600 ЬОО

Коэффициент полезного действия при:

Ямакс и Qmbkc.......... 90,2 90,8

Ямин и С? и ........... 90,8 90,5

Допустимая геометрическая высота всасывания обратимой гидромашины должна определяться по критическому коэффициенту кавитации для насосного режима. В связи с этим обра-



тимые радиально-осевые гидромашины требуют значительно большего заглубления иод уровень нижнего бьефа, чем обычные турбины такого же типа, и приближаются по заглублению к насосам.

В приложении II приведены основные параметры оборудования некоторых ГАЭС с обратимыми гидроагрегатами.

Общей тенденцией в создании обратимых гидромашин является продвижение их в зону более высоких напоров, рост единичной мощности агрегатов, повышение быстроходности гидромашин [13, 44, 69].


Генератор с Ьодяным

1 ахлажаением

\ IP и an г/ т пп л

-/ - Л йоздутным

0 С JC

/ 8 9 -1-2-

ги 40 во 100 200 wo ПВт

Рис. 5-10. Предельные параметры обратимых гидромашии по напору и мощности.

/ - Эцталь (Австрия); 2 - Блер Маунтин (США); 3 - Охира (Япония); /- Монтезума (США); 5 -Нумаппара (Япония); 6 - Квебек (Канада); 7 - Рэккун Маунтин (США); 8 - Бреми (ФРГ); 9 - Кисеняма (Япония); /О - Фойерс (Великобритания); - Нагано (Япония); /2 -Ладингтон (США); /3 - Джокасси (США); /< - Блу Ридж (США).

Рис. 5-11. Предельные параметры обратимых гидромашии по мощности и частоте вращения.

/ - Сент Джоаким (Канада); 2 - Рэккун Маунтин (США); 3 - Квебек (Канада); 4 - Кисеняма (Япония); 5 - Нумаппара (Япония); 6 - Блу Ридж (США); 7 - Фойерс (Великобритания); 8 -Ладингтон (США); 9 - Нагано (Япония); /О - Монтезума (США); - Эцталь (Австрия).

Рекордной но мощности в настоящее время является обратимая гидромашина ГАЭС Рэккун Маунтин (390 МВт) [83].

Имеются проектные проработки фирм Фойт и Эшер Висе для ГАЭС Бремм обратимого агрегата единичной мощностью 700 МВт на нанор 230-240 м с диаметром рабочего колеса турбины 9,4 м.

Современные достижения в производстве обратимых агрегатов с одноступенчатыми обратимыми гидромашинами видны из графиков, приведенных на рис. 5-10 [57] и 5-11. Как видно, рекордными но напору в настоящее время являются одноступенчатые обратимые гидромашины на нанор 600 м, рекордными по мощности - до 400 МВт, по частоте вращения-до 600 об/мин.

Повышение быстроходности обратимых гидромашин ведет к уменьшению габаритов, снижению стоимости основного оборудования, здания станции, повышению общих экономических показателей ГАЭС. Быстроходность в значительной степени определяется также уровнем развития машиностроительной промышленности, требованиями обеспечения надежности эксплуатации.

При выборе основных параметров обратимых гидромашин, влияющих на габариты агрегата и в целом на здания ГАЭС, используются зависимости, несколько отличающиеся от обычно используемых для гидротурбин.


30 40 50 а)

0,22 0,18

0,14 0,10

-&

180

Z0 30 , 40 50

Рис. 5-12. Зависимость быстроходности от напора (а) и коэффициента кавитации от быстроходности (б) для обратимых гидромашии (по даииым итальянских специалистов).

/-Том Соок (США); 2 - Икехара (Япония); 5 - Ярде Крик (США); Ягисава (Япония)- 5 -Охира (Япония); - Круахан (Великобритания); 7 - Кэбин Крик (США); S - Мадди Ран (США); 9-Хайэтт (США); /О - Реикхаузеи (ФРГ); -Внлларино (Испания); /2-кисеняма (Япония); /5 - Ко-Труа-Пои (Бельгия); /<-Корнуолл (США /5--Нортфилд Маунтин (США); /5 - Кастейк (США); /7 - Чнотас Пиастра (Италия) ;S - Бразимоне-Сувиаиа (Италия); /9 - Талоро (Италия); 2/- Синтойоне .(Япония); 22 - Такасегава (Япония Набара (Япония).

20 - Нумаппара (Япония) 25- Окутатараги (Япония); 24 -

(5-1)

Коэффициент быстроходности обратимой гидромашины определяется ИЗ следующих выражений: в турбинном режиме

1,167/г уж

sT =-i- .

в насосном режиме

п.н = . (5-2)

где п -частота вращения, об/мин; Ят -расчетный нанор в турбинном режиме, м; Ян -то же в насосном режиме, м; /Vt - номинальная мощность в турбинном режиме, МВт; Q - подача в расчетной точке насосного режима, мс.



кроме коэффициента быстроходности иногда пользуются удельной частотой вращения, которая подсчитывается по формуле

(5-3)

На основании анализа опыта создания обратимых гидромашин в итальянской практике принимаются зависимости между

91 % 89 83 87 SS 85

го 25 30 35 40 45 50 55 ВО

Рис, 5-13. Зависимость к. п. д. обратимой гидромашины от быстроходности

О - строящиеся ГАЭС; - эксплуатируемые ГАЭС

Рис. 5-14. Зависимость быстроходности обратимых гидромашин ГАЭС от напора и коэффициента надежности [69, 77).

; -Кэбин Крик (США); 2 - Том Соок (США); 3-Ярдс Крик (США); 4 - Глен Каньон (США); J - Сент Джоаким (Канада); 5-Квебек (Канада); 7 - Родунд И (Австрия); 8 - Рэккун Маунтин (США); 9 - Нортфнлд Маунтин (США); 70 - Бэр Свэмп (США); 7; - Фойерс (Великобритания); 72 -Ладингтон (США); 73 - Масе-гава (Япония); 74 - Блу Ридж (США); 75-Инкаппу (Япония); -f -обратимые [идромашины ГАЭС США; О - то же других стран; X - радиально-осевые гидротурбины ГЭС США. На рисунке показаны также данные по оборудованию ряда ГАЭС. названия которых в [69. 77] не приведены.


200 300 т

Н и Пд, а также между а и Пд по графикам на рис. 5-12. Примерно такие же зависимости приводятся в [57].

Опыт показывает, что уровень к. п. д. обратимой гидромашины также в значительной степени определяется ее быстроходностью (рис. 5-13): максимальное значение к. п. д. соответствует Пат-200, Пда 4050.

Особенно жесткие требования по быстроходности предъявляются к обратимым машинам в США (рис. 5-14), где введен так называемый коэффициент надежности [69, 77]:

k = n, Ун.

(5-4)

Для современных обратимых гидромашин коэффициент k благодаря прогрессу в гидромашиностроении достигает 2500, т. е. за 20 лет увеличился в 4 раза. Однако при этом увеличилось заглубление машин, возросла опасность кавитации, вибрации, уровня шума и т. д. Поэтому повысилась роль и ответственность модельных исследований обратимых гидромашин, на основании которых устанавливаются гарантийные показатели натурного образца.

Для определения энергетических характеристик проводятся исследования на крупномасштабной модели с измерением к. п. д. в четырехквадрантном поле режимов работы (насосный режим, турбинный режим, тормозной режим в насосном направлении вращения, тормозной режим в турбинном направлении вращения). Расчетный режим с максимальным к. п. д. при насосной работе выбирается в зоне максимальной подачи при низких напорах, что обеспечивает спокойную работу в насосном и турбинном режимах. При значительных колебаниях напора на ГАЭС возможно смещение расчетного насосного режима с максимальным к. п. д. в сторону большего напора. Очень важным является обеспечение постоянной крутизны характеристики Q - Я в насосном режиме, без явлений так называемого помпажа. Это достигается за счет удлинения лопастей рабочего колеса, уменьшения диффузорности каналов и углов атаки, исключения возникновения водоворотных зон.

Для определения кавитационных характеристик проводятся кавитационные и эрозионные испытания; ведутся наблюдения за возникновением и развитием кавитационных явлений в области рабочего колеса при различных режимах работы агрегата (в первую очередь в насосном режиме).

При модельных исследованиях изучаются нестационарные и переходные процессы, проводятся разгонные испытания. Кроме того, определяются силовые и моментные характеристики, проводятся прочностные исследования наиболее ответственных узлов и деталей гидромашины. С ростом единичных мощностей и напоров лопатки становятся наиболее нагруженными узлами гидромашины, особенно в насосном режиме.

Для учета возможных гидроупругих явлений модельные исследования рекомендуется проводить при максимально воз--можном (лучше натурном) напоре. В первую очередь должны быть тщательно изучены вопросы резонансных колебаний во всех элементах гидравлического тракта.

Для построения эксплуатационной характеристики как в турбинном, так и в насосном режиме используется, как правило, двучленная формула вида

где л: = 0,7-ь0,75.

= (1 -X) + хл/- i /-ТГ (5->

- Чмод у Оа у иат

Заказ Х 1355



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 [ 21 ] 22 23 24 25 26 27 28 29 30