Установив значение Qi и вычислив по (7-6) D\, по табл. 7-1 принимают ближайший номенклатурный диаметр.

4. Частота вращения турбины п определяется по формуле

(7-7)

Расчетная приведенная частота njp для радиально-осевых турбин берется близкой к оптимальной nj (табл. 7-6), а для поворотно-лопастных и диагональных турбин > nj (татбл. 7-3 - 7-5). Это связано с тем, что большую часть времени турбина работает при напоре Я > Яр и тогда, как это ясно (3-34), при той же частоте п приведенная частота nj снижается и попадает в зону оптимума характеристики турбины.

Вычислив значение п по (7-7), принимают ближайшую синхронную п,.

5. Частота вращения агрегата, как было указано в § 2-2, должна быть равна синхронной, которая определяется следующей формулой:

6000

для 50 Гц п^ = -

для 60 Гц п. =

Р

7200

(7-8)

где р - число полюсов ротора генератора, которое всегда четно, а при р > 24 желательно иметь его кратным четырем.

Таким образом, ряд синхронных частот вращения вполне определенен и промежуточные значения невозможны (табл. 7-7).

Таблица 7-7

6. Допустимая высота отсасывания Я^ находится по формуле (5-13) с введением коэффициента запаса по (5-16). При этом следует учитывать, что на главных универсальных характеристиках и в табл. 7-3 - 7-6 значения а даны без запаса.

7. Основные размеры турбины определяются по Di на основании относительных размеров, приведенных в таблицах, описаниях и на чертежах турбин данного типа.

8. Масса турбины определяется по приближенным формулам или по аналогам.

9. После того, как выбран тип турбины и определены Dj и п, по заданным Л^р и напорам Яр, Н^ и Я„ полезно выделить используемую зону главной универсальной характеристики. Для этого вычисляют три значения nj для всех трех напоров:

I MIIH

V H,

V MHH

кроме того, для Я^а^ находят значение С1Ямакс- По формуле (1-19) вычисляют расход Сямакс (значением ц rij, задаются) и тогда

Q Qh макс I Я макс

1р *--

Рис. 7-6. Используемая область характеристики турбины.

Полученные точки наносят на главную универсальную характеристику, как показано на рис. 7-6, и с их помощью выделяют используемую зону. Эта зона ограничена линиями а, Ь, с, d, е. Хорошо, если область высоких к. п. д. целиком расположена внутри используемой зоны.

С целью большей конкретности рассмотрим несколько числовых примеров.

Пример 7-1. Подобрать турбину для следующих условий: Np = 75 МВт, Яр = 95 м, Я„акс = ПО м, у НБ = 250 м. Решение. 1. По табл. 7-6 принимаем турбину Р0115.

2. Расчетный расход находим По (7-5), считая т]=90%:

Qp 5°°° =89,5мЗ/с. 9,8Ь95-0,9

Принимаем согласно табл. 7-6 Qjp = 1,15 м^/с.

3. Диаметр турбины по (7-6)

D, =

89,5

=г- = 2,83 м.

По (7-7)

1,15/95

По табл. 7-1 берем ближайший номенклатурный диаметр Dj = 280 см. 4. Для радиально-осевой турбины njp = 10= 75 об/мин (табл. 7-6).

= = 261 об/мин. 2,8

5. Ближайшая синхронная скорость Пс по (7-8) 250 об/мин (р = 24), принимаем п = 250 об/мин.

6. Допустимая высота отсасывания Hs При а= 0,15 (табл. 7-6) к ka = = 1,1 составляет по (5-13)

25П

1,Ь0,15-95= -6,0 м.

Я,= 10-

7. Основные размеры турбины:

диаметр на выходе рабочего колеса Dj = 1,0-2,8= 2,8-м; высота направляющего аппарата = 0,25-2,8 = 0,67 м; диаметр пр осям направляющих лопаток Dg - 1,2-2,8= 3,35 м.

8. Масса турбины по (7-3) при стальной турбинной камере с. к = 1

СР°==3,6-2,82--1102= 114 т. Масса рабочего колеса по (7-4) при kp, к = 0,6

к

: 0,6.2,8== 13,2 т.

Пример 7-2. Подобрать вертикальную турбину для следующих условий: Np= 45 МВт, Яр= 10 м, Я„акс= 13 м, уНБ = 180 м. Решение. 1. По табл. 7-3 выбираем турбину ПЛ15. 2. Расчетный расход (7-5) при т) = 88% составит:

Qp =

45 ООО

9,81-10.0,88

= 520 мз/с.

Выбираем значение QJp. По табл. 7-3 для максимального Qjp = = 2300 л/с, а= 1,3 принимаем йо= 1,15. При этих условиях по (5-13)

-1,15-1,3-10= -5,2 м.

Я5= 10-

Считаем заглубление приемлемым. Если требовалось бы уменьшить заглубление, т. е. увеличить допустимую Hs, то можно было бы принять

меньшее значение Qjp.

3. Диаметр турбины по (7-6)

= 8,45 м.

зКю

По табл. 7-1 принимаем ближайший номенклатурный диаметр D, = = 8,5 м.

4. Частоту вращения согласно табл. 7-3 определяем при п| = = 170 об/мин. По (7-7) Р

170 Кю

п =-= 63,2 об/мин.

5. Ближайшая синхронная частота вращения щ - 62,5 об/мин (р = = 96). Принимаем ~п = 62,5 об/мии.

6. Допустимая высота отсасывания Hs= - 5,2 м была определена в п. 2.

7. Основные размеры турбины: Ц 1

высота направляющего аппарата 6о = 0,45-8,5= 3,7 м; 1 диаметр осей направляющих лопаток Dg - 1,2-8,5= 10,2 м; диаметр камеры рабочего колеса = 0,973-8,5 = 8,27 м; диаметр втулки рабочего колеса dat. сф = 0,35-8,5 = 2,97 м н в цилиндрической части йвт = 0,3-8,5= 2,55 м.

8. Масса турбины по (7-1) при бетонной спиральной камере кс.к= 1 0?= 1,5-8,52-13 = 743 т.

По (7-2) для Zi = 4, kp. к = 0,1 масса рабочего колеса G = 0,10-8,5-13/3= 144 т.

Пример 7-3. Определить показатели, если для условий примера 7-2 применить горизонтальную турбину с капсульный агрегатом.

Решение. Расчетный расход Qp = 520 м^/с сохраняется. По табл.

7-4 берем турбину ПЛК16 и Qip = 3000 л/с. При этом по (7-6)

У з.оУю

= 7,4 м.

Принимаем ближайший номенклатурный диаметр по табл. 7-1 Di = 7,5 м. Расчетная приведенная частота вращения /ijp = 175 об/мии и по (7-7)

n = iZ = 73,8 об/мии. 7,5

Ближайшая синхронная частота вращения по (7-8) Пс= 75 об/мии (р = == 80).

Допустимая нысота отсасывания при а = 2 и йо= 1,15 составляет:

-1,15-2.10= -13,2 м.

Я.= 10-

Сравнивая полученные показатели с вертикальной турбиной, видим, что удалось значительно сократить диаметр, увеличить частоту вращения, но зато резко возросло необходимое заглубление под уровень нижнего бьефа. Однако решающее значение имеет глубина заложения основания. Для вертикальной турбины определяющим является минимальная отметка отсасывающей трубы. Если принять высоту трубы h = 2,3Di = 2,3-8,5= 19,5 м (рис. 4-20) с учетом, что по рис. 7-2 fti = 0,21 и fti = 0,21.8,5= 1,8 м, то минимальная отметка отсасывающей трубы относительно нижнего бьефа для Я8= - 5,2 м составит:

- 5,2 -19,5+1,8= -22,9 м.

Для горизонтальной турбины определяющим является низ рабочего колеса (см. рис. 4-19, в), заглубление которого под уровень нижнего бьефа с учетом Яа = - 13,2 м составит:

- 13,2 - 7,5 = -20,7 м,

т. е. немного меньше, чем для вертикальной турбины.

7-3. ОСОБЕННОСТИ ПОДБОРА КОВШОВЫХ ТУРБИН

Если при подборе реактивных турбин исходные параметры nj, Qj и др. берутся с экспериментальной характеристики, то при подборе активных ковшовых турбин основные ее параметры могут быть достаточно надежно определены расчетом, базирующимся на анализе рабочего процесса. Скорость струи находится по (2-5),

а оптимальная окружная скорость рабочего колеса без учета потерь должна составлять 0,5, а с учетом потерь на 4-6% ниже. В итоге оптимальная приведенная частота вращения ковшовых турбин для Я = 1 м и Dj = 1 (рис. 2-31) составляет:

п

(0,46-0,47) m(fV2g oq

39-40 об/мин.

78 20 л/с

Рис. 7-7. Главная универсальная характеристика ковшовой турбины (Dm= = 580 мм, диаметр сопла 54,7 мм, число ковшей рабочего колеса - 18).

Здесь ф - коэффициент скорости сопла, равный 0,98-0,99.

Получился весьма интересный результат, согласно которому для всех ковшовых турбин п\ . сохраняет почти постоянное значение. На рис. 7-7 показана главная универсальная характеристика ковшовой турбины, которая подтверждает этот вывод. Расход ковшовой турбины определяется соотношением

Р^г,-Ф [/2Я.

(7-9)

Здесь 2 - число струй (сопл); 4 - диаметр струи. Умножив и разделив правую часть на 0\ леса (см. рис. 2-31), получим:

- квадрат диаметра рабочего ко-D\Y2gH. (7-10)

Для приведенных параметров Di = 1 и Я 1

Р; = -ф]/2ге

= 3,4ге

(7-11)

Выражение (7-11) показывает, что пропускная способность ковшовой турбины Q\ определяется числом струй и отношением djDi, причем когда определяется максимальная пропускная способность, то берется наибольший при полном открытии сопла.

Наилучшие энергетические показатели получаются при

dc 11 (7.12)

однако допускаются и большие значения (до 1/6-1/7), а иногда при необходимости и меньшие.

Зная п[ и Q по (3-39), можно определить коэффициент быстроходности ковшовой турбины

п, = 3,65 (39-f

ч-40)/з,4г.

( d.

При полном открытии можно принять Т] = получим:

п,-(2454-253) 1/2 f

87%. Тогда (7-13)

Согласно (7-13) для наиболее выгодных отношений djDi по (7-12) диапазоны щ приведены в табл. 7-8.

Таблица 7-8

На основании изложенного можно рекомендовать следующий порядок подбора ковшовых турбин.

1. По заданному напору Яр и мощности Л^р подбирают по (3-38) значения п^, задаваясь синхронной частотой вращения п^ по (7-8). Обычно п не берут выше 600-750 об/мин. В результате выявляются целесообразные (возможные) варианты по числу сопл z с соответственными значениями п (типа турбин).

2. Для каждого варианта, зная щ по (7-13), вычисляют отношение Di/d и по (7-11) Qip.