 |
Определение нормальной частоты вращения турбины РО-75
|
|
|
|
Нормальную частоту вращения гидротурбины выраженную числом оборотов вала в минуту, ориентировочно можно определить по формуле:
= (n′Iн∙√HP)/D1;
где n′1н - приведенная частота вращения рабочего колеса натурной турбины, соответствующая рабочей точке на универсальной характеристике.
Необходимо иметь в виду, что n′Iн > n′1м:
′1н= n′1м + ∆n′1;
где ∆n′1 - поправка приведенной частоты вращения с учетом масштабного эффекта, определяемая при помощи следующего выражения:
∆n′1= n′1опт∙[√ (ηн max/ ηм max) -1];
Значения оптимальной частоты вращения рабочего колеса η′I опт=79 мин1 и максимального КПД ηмmax=91,8% модели определяем по универсальной характеристике гидротурбины.
Значение максимального КПД натурной гидротурбины определяется следующим образом:
ηн maх=1-(1-ηмmaх)∙(0,25+0,75∙5√Reм/Reн)
где отношение чисел Рейнольдса в модельной и натурной гидротурбинах определяется следующим выражением:
м/Reн=(D1м√Hм)/(D1н√Hн)=(46√4)/(70√53,42)=0,18;
Где D1м - диаметр рабочего колеса модельной гидротурбины, D1м=46 см;н - диаметр рабочего колеса натурной гидротурбины, D1н=70 см;
Нм - напор модельной гидротурбины, Нм=4м;
Нн - напор натурной гидротурбины, Нн=53,42м.
Таким образом значение максимального КПД гидротурбины:
ηн maх=1-(1-0,918)∙(0,25+0,75∙5√0,18)=0,92;
Тогда поправка приведенной частоты вращения:
∆n′1= n′1опт∙[√ (ηн max/ ηм max) -1]=
= 79∙[√ (0,92/0,918) -1]=0,09 (мин-1);
Приведенная частота вращения рабочего колеса натурной турбины:
′1н= n′1м + ∆n′I=81+0,09=81,09 (мин-1);
Нормальная частота вращения гидротурбины:
=(n′Iн∙√HP)/D1=(81,09∙√53,42)/7=84,7 (мин-1).
|
|
|
Нормальная частота вращения n должна быть строго определенной, т.е. n=nc, где nc - синхронизированная частота вращения ротора генератора, удовлетворяющая условию: nc=60f/p, где f - частота переменного тока в сети, в России f=50Гц; р - число полюсов генератора.
В соответствии с данным условием принимаем нормальную частоту вращения n=85,7 мин-1, что соответствует p=35.
Проверка правильности выбора диаметра и частоты вращения турбины РО-75
После расчета и выбора диаметра D1 и частоты вращения n проектируемой гидротурбины необходимо убедиться в правильности выбранных значений. Для этого необходимо нанести на универсальную характеристику зону работы проектируемой гидротурбины.
Зона работы ограничена по приведенной частоте вращения двумя горизонтальными линиями, соответствующим максимальному и минимальному напорам. Уравнения ограничительных линий определяются следующими выражениями:
′I м max=n∙D1/√Hmin- ∆n′I= 85,7∙7/√50,75 - 0,09=84,16 (мин-1);
n′I м min=n∙D1/√Hmax- ∆n′I= 85,7∙7/√56,3 -0,09=79,89 (мин-1);р=n∙D1/√Hр- ∆n′I= 85,7∙7/√53,42 -0,09=81,97 (мин-1)
где Hmin, Hmax - минимальный и максимальный напоры соответственно, Hmin=50,75 м, Hmах=56,3 м.
р = N/(9,81∙D12∙Hmax∙√Hmax∙ ηн)р = 198500/(9,81∙72∙56,3∙√56,3∙ 0,95) = 1,029м3/с
Наносим на универсальную характеристику гидротурбины ограничительные линии и проводим визуальную оценку расположения зоны работы проектируемой гидротурбины. Зона работы должна охватывать центральную часть универсальной характеристики с высокими значениями КПД, с тенденцией сдвига в сторону больших значений n′I.
Необходимое условие выполняется.
3.1.4 Определение разгонной частоты вращения турбины РО-75
Гидротурбина при нормальной её эксплуатации под нагрузкой работает с нормальной синхронной частотой вращения n. Однако в аварийных ситуациях, например при внезапном отключении генератора, неисправной системе регулирования или неисправном направляющем аппарате, частота вращения ротора будет быстро возрастать и через некоторое время может достигнуть максимального для данной гидротурбины значения, которое называется разгонной частотой вращения. Чем больше нормальная частота вращения, тем больше разгонная частота вращения. Разгон представляет серьёзную опасность для агрегата, особенно для ротора генератора, масса которого в основном сосредоточена в ободе, имеющем большой диаметр.
|
|
|
Разгонную частоту вращения необходимо знать и учитывать:
a) при расчетах на прочность деталей рабочего колеса гидротурбины и других деталей, связанных с валом турбины;
b) при расчете на прочность ротора генератора;) при расчете вала агрегата на критическое число оборотов.
Разгонную частоту вращения натурной гидротурбины определяют по формуле:
=n′I P ∙√HР /D1;
При отсутствии разгонных характеристик значение n′I P можно оценить приближенно исходя из следующего соотношения:
Кразг= n′I P/nI опт;
Где Кразг - коэффициент разгона, Кразг=1,9, тогда:
n′I P=Кразг ∙nI опт=1,9∙79=151,4 (мин-1).
Тогда:
nP=n′I P ∙√HР /D1=151,4 ∙√53,42/7,0=156,74 (мин-1).
Таким образом разгонная частота вращения превышает рабочую в 1,8 раза.
Определение параметров турбины ПЛ-60
Определение диаметра рабочего колеса гидротурбины ПЛ-60
Рассмотрим вариант применения гидротурбины ПЛ-60.
Для ПЛ гидротурбин координаты рабочей точки определяются следующими выражениями:
n′I = n′Iопт +(1….2),′1 = (1,3….1,5) Q′1опт,
где Q′1опт приведенный расход в оптимуме универсальной характеристики.
Таким образом, рабочая точка имеет следующие координаты:
′I = 112 мин-1, Q′1 = 1211 л/с = 1,211 м3/с.
КПД натурной гидротурбины определяем при помощи следующего выражения:
ηн= ηм+Δη;
где ηм - КПД модельной турбины в рабочей точке универсальной характеристики выбранной турбины, ηм=0,9015;
Δη - поправка за счет масштабного эффекта, в первом приближении принимаем Δη=0,03, тогда:
ηн= ηм+Δη=0,883+0,03=0,913
Тогда диаметр рабочего колеса:
|
|
|
=√198950/(9,81∙1,211,42∙√53,42∙0,913)=6,9 (м);
Округляем полученный диаметр рабочего колеса D1 до ближайшего стандартного большего, получаем D1=7м.
Увеличение диаметра рабочего колеса приводит к смещению расчетной точки по приведенному расходу Q′1.
Значение Q′1, соответствующее выбранному диаметру, определяем по следующей формуле:
′1=N/(9,81∙D12∙Hp∙√HP∙ηH)′1=198950/(9,81∙72∙53,42∙√53,42∙0,913)=1,16 (м3/с).
В результате получаем: D1=700см, Q′1=1,16 м3/с, n′I=112 мин-1.
|
|
|
