Изчисляване на основните параметри на хидравличната турбина
Метод за изчисляване на максималната стойност на КПД на пълномащабна машина. Процедурата за изчисляване на "изчислената точка" на хидравлична турбина по универсална характеристика. Определяне на зависимостта на ъгъла на въртене на лопатката на работното колело от мощността.
Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу
Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.
Публикувано наhttp://www.allbest.ru
Публикувано наhttp://www.allbest.ru
1. Избор на хидротурбина
Ние избираме системата и типа на турбината, номиналния диаметър на работното колело D1 и скоростта на въртене n по такъв начин, че с най-малките размери на турбината и генератора и при възможно най-високите стойности на ефективност да гарантираме получаването на определената номинална мощност. В този случай необходимата височина на засмукване Hs за дадена турбина трябва да съответства на дадена стойност (с точност до 0,5 m).
1.1. Нека определим работните налягания на хидравличната турбина:
където - маркировки на хоризонтите на горния и долния басейн;
Нmax = ВУmax - НУmin (1,2)
Hmax =101 -49 =52 (m);
Hmin \u003d VUmin - NUmax (1,3)
Hmin \u003d 88 - 52 \u003d 36 (m).
Формули (1.1), (1.2), (1.3) не отчитат загубите на енергия във водоснабдителните съоръжения на ВЕЦ.
1.2. Изборът на система и тип хидротурбина се извършва според стойността на максималния напор, така че стойността на Hmax да бъде близка до граничното налягане Hпред на избрания тип, но да не го надвишава, т.е. Hmax Nпред.
За получените налягания избираме следните реактивни турбини:
- аксиално ротационно острие PL60-V;
- аксиално въртяща се перка PLD60-V600;
Нека направим таблица с параметрите на моделите на тези хидравлични турбини
1.3.Изчислете номиналния диаметър на работното колело D1 за избраните типове турбини (предварително) по формулата:
където N [kW] и Hp [m] - определени от заданието; стойностите на QI', m3/s и ефективността на моделната турбина m са взети в "проектната точка" на нейната универсална характеристика. Предварително "проектната точка" се избира в диапазона от стойности на максималния намален дебит QI'max на линията, съответстваща на оптималната намалена скорост nI'opt. Универсалните характеристики на моделите избрани машини са представени в приложението.
Стойността D*1, получена чрез (1.4), се закръгля до най-близката стандартна стойност (виж таблица 2 в приложението).
- За PL60-V - QI'= 1.45 (m3/s), m= 0.853;
Избираме следните стандартни диаметри: D1=4,5 (m); D1=4.750 (m).
- За PLD60-V600 - QI'= 1.56 (m3/s), m= 0.892;
Избираме следните стандартни диаметри: D1=4,5 (m); D1=4,75 (m).
- За RO75-B - QI'=1,17 (m3/s), m= 0,885:
Избираме следните стандартни диаметри: D1=4,5 (m); D1=4,75 (m).
1.4. Максималната стойност на ефективността на пълномащабна машина се определя по формулата:
където Re е числото на Рейнолдс и:
където е коефициентът на кинематичен вискозитет на водата в зависимост от нейната температура.
Средната температура на водата за пълномащабна турбина се определя в зависимост от предложеното местоположение на ВЕЦ. По споразумение с консултанта приемаме t = 10С.
1.5. Определяме корекцията на ефективността поради ефекта на мащаба и съотношението на ефективността на пълномащабните и моделните турбини в оптималния режим:
Dm = n опт - m опт (1.7)
m = n опт / m опт (1.8)
Dm \u003d 0,944 - 0,913 \u003d 0,031;
m = 0,942/0,913 = 1,034.
Dm \u003d 0,944 - 0,913 \u003d 0,031;
m = 0,944 / 0,913 = 1,034.
Dm \u003d 0,94 - 0,906 \u003d 0,034;
m = 0,94/0,906 = 1,038.
Dm \u003d 0,939 - 0,906 \u003d 0,033;
m = 0,939 / 0,906 = 1,036.
Dm \u003d 0,955 - 0,920 \u003d 0,035;
m = 0,955/0,920 = 1,038.
Dm \u003d 0,955 - 0,920 \u003d 0,035;
m = 0,955/0,920 = 1,038.
1.6. Определете скоростта на турбината:
където nI'p , rpm - изчислената стойност на намалената скорост. Предварително приемаме nI'p = nI'opt .
Стойността на честотата, получена чрез (1.9), се закръгля до най-близката синхронна стойност на скоростта на въртене nsync.
приемаме nsync = 166,6 (rpm) - хидрогенератор с 18 двойки полюси.
приемаме nsync = 157,9 (rpm) - хидрогенератор с 19 двойки полюси.
приемаме nsync = 157,9 (rpm) - хидрогенератор с 18 двойки полюси.
приемаме nsync = 150 (rpm) - хидрогенератор с 20 чифта полюси.
приемаме nsync = 120,0 (rpm) - хидрогенератор с 25 чифта полюси.
приемаме nsync = 111,1 (rpm) - хидрогенератор с 27 чифта полюси.
Приетите стойности на синхронните скорости на въртене са единствените възможни за избраните турбини и първоначалните начални данни. При използване на други, близки синхронни скорости на въртене, работната зона на турбината по универсалната характеристика се отдалечава от областта на оптимална ефективност.
1.7. Посочваме стойността на изчислената намалена скорост:
1.8. Определяме работната зона на турбината при VX по формулите:
1.9. Определяме „проектната точка“ на турбината по универсалната характеристика. За да направите това, изчисляваме продукта:
След това определяме в коя точка YX, разположена на правата nI'p= Const, произведението на QI' и ефективността на модела отговаря на условието (1.13). Търсенето се извършва по метода на последователните приближения.
За намерената "изчислена точка" изписваме стойностите на QI', m и коеф.кавитация.
Можете да изхвърлите турбината RO75-B-450, защото. изчислената точка за него не попада върху универсалната характеристика на модела. Тези. допълнителни изчисления за RO75-V-450 няма да бъдат извършвани.
1.10. Определете допустимата височина на засмукване:
Ndops \u003d 10 - / 900 - ?Hp - DNs + DZx.pl, (1.14)
където е маркировката за местоположение на работното колело на турбината, която предварително се приема за NUr;
ДНs = 1,5 m - допълнително проникване на работното колело, като се вземат предвид неточностите в определянето по време на моделни тестове, мащабен ефект и антикавитационен резерв; ДZх.pl е разликата между височините на характеристичните равнини на модела и пълноразмерните турбини, която се определя, както следва:
- за аксиално вертикални турбини (PL)
- за вертикални диагонални и радиално-аксиални турбини (PLD и RO):
D Z ch.pl \u003d Bohm D1 n / ( D1 m 2 ). (1,15)
Ndops \u003d 10 - 50/900 - 0,412? 39,9 - 1,5 + 0 = -7,99 (m).
Ndops \u003d 10 - 50/900 - 0,325? 39,9 - 1,5 + 0 = -4,52 (m).
D Z x.pl \u003d 0,353 4,50 / 2 \u003d 0,792 (m);
Ndops \u003d 10 - 50/900 - 0,46? 39,9 - 1,5 + 0,792 = -9,118 (m).
D Z x.pl \u003d 0,353 4,75 / 2 \u003d 0,84 (m);
Ndops \u003d 10 - 59/900 - 0,39? 39,9 - 1,5 + 0,84 = -6,28 (m).
D Z x.pl \u003d 0,35 4,75 / 2 \u003d 0,84 (m);
Ndops \u003d 10 - 50/900 - 0,21? 39,9 - 1,5 +0,84 = 0,905 (m).
При определяне на н р.т. в "изчислителната точка" (колона 7) трябва да се вземе предвид корекцията за ефекта на мащаба:
където D е корекцията, определена по-рано съгласно (1.5).
- За PL60-V-450: n r.t = 0,863 + 0,031 = 0,894.
- За PL60-V-475: n r.t = 0,881 + 0,031 = 0,912.
- За PLD60-V600-450: n r.t = 0,902 + 0,034 = 0,936.
- За PLD60-V600-475: n r.t = 0,904 + 0,033 = 0,937.
- За RO75-B-450: n.s.t.= + =.
- За RO75-B-475: n r.t = 0,86 + 0,035 = 0,895.
Таблица 1.2. Показатели на пълномащабни хидравлични турбини
Сравнявайки получените варианти на турбина за по-нататъшни изчисления, ние избираме турбината PLD60-V600-475, тъй като височината на засмукване Hdops = -6,28 (m.), За тази турбина съответства на определената стойност Hs = - 6,5 (m.) С точност от 0,5 (m.), T. т.е. условието е изпълнено: Hdops ? Hs. . Работната зона на турбината PLD60-V600-475 при UH е в оптималната зона.
2. Изчисляване и изграждане на експлоатационни характеристики на хидравлична турбина
За избраната турбина изчисляваме и начертаваме зависимостите = f1(N), Ndops = f2(N) и Q = f3(N) при синхронна скорост n sync за четири стойности на напора (Hmax, Hav, Hp, Hmin).
Средната стойност на налягането Hav се определя, както следва:
Hav = (Hp + Hmax)/2 ако (Hmax - Hp)>gt; (Нр - Нmin); (2.1)
Hav = (Hp + Hmin)/2 ако (Hmax - Hp) (Hp - Hmin)>gt;
Hav = (52 + 39,9) / 2 = 45,92 (m).
Изчислението се извършва въз основа на универсалните характеристики на избрания модел.
2.1. Изчислението се извършва за всяка глава. Всяко налягане съответства на определена стойност на намалената скорост, определена по формулата:
където \u003d 150.0 (rpm) - синхронна скорост (виж клауза 1); = 4,75 (m) - диаметър на работното колело (виж позиция 1); = 1,036 - съотношението на ефективността на естествените и моделните турбини в оптимален режим (формула 1.8).
За Hmin = 36,0 (m):
За Hav = 45,92 (m):
За Hmax = 52,0 (m):
2.2. В колони 2 и 3 на таблица 2 записваме стойностите на ефективността на модела и намаления дебит, определени от ЕК в точките на пресичане на линията nI' = Const с изолиниите на ефективност.
2.3. В колони 4, 5 и 6 на таблици 2 записваме стойностите на коефициента на кавитация y, ефективността на модела и намаления дебит, определен отточки на пресичане на прави nI' = Const с изолинии y. В този случай стойностите на ефективността на модела се определят чрез линейна интерполация.
2.4. В колона 7 на таблица 2 записваме стойностите на ефективността на пълна турбина, изчислена по формулата:
където D е корекцията за мащабния ефект, изчислена за оптималния режим и условно приета за постоянна за цялата работна зона на турбината; m - ефективността на модела, вземаме от колона 2 на таблица 2.
В колона 8 на таблица 2 записваме дебитите на пълномащабна турбина, изчислени по формулата:
kQ = D12 •(m • Hi)0,5;
QI' - намалена консумация, взета от колона 3 на таблици 2.
В колона 9 на таблица 2 записваме стойностите на мощността на пълната турбина, изчислена по формулата:
N = kN • QI' • m (2,5)
kN = 9,81•D12 • (m • Hi)1,5.
За Hmin = 36,0 (m):
kQ = 4,752 • (1,036 • 36,0)0,5 = 137,79;
kN = 9,81 • 4,752 • (1,036 • 36,0) 1,5 = 50413,8.
За Hav = 45,92 (m):
kQ = 4,752 • (1,036 • 45,92)0,5 = 155,621;
kN = 9,81• 4,752 • (1,036 • 45,92)1,5 = 72627,1
kQ = 4,752 • (1,036 • 39,9)0,5 = 145,062;
kN = 9,81 • 4,752 • (1,036 • 39,9) 1,5 = 58824,1.
За Hmax = 52,0 (m):
kQ = 4,752 • (1,036 • 52,0)0,5 = 165,603;
kN = 9,81 • 4,752 • (1,036 • 52,0) 1,5 = 87518,7.
2.5. В колони 10 и 11 на таблица 2 записваме стойностите на допустимата височина на засмукване, изчислена съгласно (1.14) за изчислената стойност на налягането и съответните стойности на пълната мощност на турбината:
Nu = kN • QI',y • m,y, (2.6)
където kN е определено в (2.4); стойностите, m, y и QI' y са взети от колони 4, 5 и 6 на таблици 2.
Съставяме обобщени таблици за четири натиска.