Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
I. СУЩЕСТВУЮЩИЕ КОМПОНОВКИ АГРЕГАТШХ БЛОКОВ ГЭС 10
1. Характеристики компоновочных решений агрегатных блоков низконапорных ГЭС 10
2. Влияние элементов вэдмдюводнщего тракта гидротурбинного блока на энергетические характеристики 17
3. Классификация элементов водоподводящего тракта гидротурбинного блока 25
4. Турбинные камеры низконапорных ГЭС, характеристики их форм и компоновок л. 31
П. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 40
1. Постановка задачи энергетических и гидравлических исследований гидроагрегатного блока 40
2. Исходный вариант турбинной камеры модели гидроагрегатного блока 47
3. Варианты модификаций водоподводящего тракта гидроэнергетических установок 48
Ш. ЭКСПЕРЖШТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ МОДЕЛИ ГВДР0ЇУРБШН0Г0 БЛОКА 55
1. Энергетический стенд 55
2. Модель блока с гидротурбинной повышенной быстроходностью 57
3. Методика проведения эксперимента и характеристика контрольно-измерительной аппаратуры 63
4. Условия моделирования 69
5. Оценка погрешностей измерений и вычислений 73
6. Обработка данных энергетических исследований -
IV. РЕЗУЛЬТАТЫ ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕЩСВШІЙ 80
1. Программа гидроэнергетических исследований 80
2. Анализ результатов энергетических экспериментальных исследований
3. Расчет экономического эффекта 94
V. ГЭДРАВЛИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОТОКА В ПОДВОДЯЩИХ ЭЛЕМЕНТАХ МОЛИЛИ ГВДР0А1РЕГАТН0Г0 БЛОКА НИЗКШАПОРНЫХ ГЭС 101
1. Поле скоростей в подводящей части турбинной камеры и во входном сечении спирали 104
2. Условия проведения исследований и способ измерений 104
3. Анализ результатов исследований гидравлических характеристик потока III
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 120
ЛИТЕРАТУРА 124
ПРИЛОЖЕНИЯ 1
Введение к работе
Проблема повышения экономической эффективности гидроэнергетических установок являлась и является первоочередной задачей на всех этапах развития энергетики. Она имеет важное значение и при модернизации оборудования действующих гидроэнергетических установок. Вопрос о совершенствовании элементов проточного тракта гидротурбинных блоков, а так же влияние их формы и размеров на энергетические характеристики еще полностью не решен.
Возможность изменения формы элементов проточного тракта гидроагрегатного блока без ухудшения его эксплуатационных характеристик является целью данной работы.
Создание гидроэнергетического объекта с уменьшенными объемами земляных и бетонных работ являлось предпосылкой для проведения исследований на физической модели гидротурбинного блока с элементами водопрово дящего тракта, отличающихся от действующих.
Тема исследования диссертационной работы основывалась на задаче повышения экономической эффективности гидроэлектростанций. В частности, при выборе темы диссертации принимали во внимание конкретных случай для Колумбии. Поэтому в основном исследования проведены для низконапорных ГЭС, так как в Колумбии строительство таких ГЭС имеет наибольшие перспективы.
Совершенствование подводной части гидротурбинного блока с целью уменьшения стоимостных показателей электростанции рассматривается в диссертациис учетом сохранения высокого уровня энергетических и эксплуатационных характеристик гидротурбинного оборудования.
Конкретной целью энергогидравлических исследований являлась оптимизация входных элементов подводящего тракта гидроагрегата. В диссертационной работе использован комплексных подход к изучению поставленной задачи. Автором работы проведен цикл лабораторных исследований по определению энергетических характеристик гидроэнергетической установки и изучению формы потока при изменении геометрических параметров отдельных фрагментов входных элементов гидроагрегата.
Диссертант познакомился с исследованиями советских и зарубежных авторов в области разработки конструкций подводной части зданий ГЭС и выбором ее оптимальной формы. Следует отметить работы П.А.Вальтера, Ю.С.Васильева, Н.Ф.Губина, Ф.Ф.Губина, Р.А.Ка-рапетяна, Е.Л.Митюрева, И,Е.Михайлова, П.Н.Никольского, Р.Л.Но-водережкина, В.М.Сименкова, Е.Л.Егоршина, Й.С.Розенберга, И.Н.Смирнова, А.М.Чистякова, И.Э.Этинберга. Полученные сведения легли в основу дальнейших научных исследований автора данной работы.
Задача исследования была решена в два этапа, на которых испытывали разные модификационные варианты формы элементов водолод-водящего тракта турбинного блока с определением энергетических показателей гидротурбины.
На первом этапе проведены исследования влияния формы угла опорного конуса во входной части турбинной камеры на энергетические характеристики агрегата. Величину угла опорного конуса изменяли от 15° до 0°. В практике лабораторных исследований гидроагрегатных блоков такого рода экспериментов не проводилось. Эксплуатация гидроэнергетических объектов с гидроаграгатами вертикального исполнения, снабженных турбинными камерами с неполным углом охвата показывает, что расход воды распределяется по окружности радиального направляющего аппарата неравномерно [S5j . Через просветы между направляющими лопатками, находящимися в неспиральной части турбинной камеры расход воды поступает к лопает - 6 ной системе рабочего колеса гидромашины на 10-15$ больше, чем в спиральной части. Изучение условий возможного перераспределения расхода в турбинной камере явилось одним из последующих шагов проведения исследований гидроаграгета с турбиной повышенной быстроходности типа ПІ-ІІ00.
На втором этапе на энергетическом стенде последовательно были испытаны ряд модификаций турбинной камеры. Было изменено сечение правого пролета турбинной камеры по направлению движения вода. В сопоставимых условиях были подвергнуты энергетическим испытаниям четыре варианта модели с замером поля скоростей в характерных сечениях модифицированной турбинной камеры. Зондирование потока проведено для того, чтобы выяснить влияние предлагаемого варианта на формирование штока в турбинной камере и соответственно его влияние на работу гидроагрегатного блока в целом.
Полученные результаты исследований сравнивались с результатами исходного варианта, т.е. энергогидравлическими характеристиками гидротурбинного блока при отсутствии всяких изменений. Анализ этих исследований показал, что имеются возможности влиять на структуру потока перед входом его в направляющий аппарат турбины. В некоторых случаях это способствует улучшению энергетических и эксплуатационных показателей гидроагрегата.
Новизна проведенных исследований заключается в том, что впервые изучено влияние величины угла конуса в открытой части спиральной камеры на энергетические показатели гидротурбинного блока. В этой работе осуществлено ряд изменений подводящей части турбинной камеры и изучено их влияние на энергетические показатели гидротурбины.
Предлагаемая модернизация подводящей части турбинной камеры низконапорных ГЭС позволяет лучше распределить расход воды по периферии регулирующего органа гидротурбины. Спиральная часть турбинной камеры составляет около 58$ всего периметра направляющего аппарата при угле охвата V =210°. В результате модернизации турбинной камеры протекающий расход воды через статор в спирали увеличивается на 13% по сравнению с исходным вариантом. Благодаря этому расход распределяется более равномерно по всему периметру направляющего аппарата.Для подземных типов гидроэлектростанций модернизация турбинной камеры с неполным углом охвата позволяет уменьшить объем скальных выемок при создании стационарной части здания ГЭС, а также объем бетона. На русловых и припло-тинных гидроэнергетических установках появляется также возможность создания дополнительных помещений в подводной части здания ГЭС. На русловых ГЭС за счет модификаций турбинной камеры объем бетона уменьшится на 3.. Л%.
Исследование, описанное в диссертации провел ее автор под руководством профессора, д.т.н. Ю.С.Васильева. Экспериментальный этап исследования проведен на физической модели низконалорной ГЭС установленной в лаборатории гидроэнергетических установок кафедры использования водной энергии ЛПЙ им.М.И.Калинина. Автору этой работы помогали в течение исследований сотрудники лаборатории гидроэнергетических установок. Особую благодарность выражает автор доценту к.т.н. И.С.Саморукову и ст.н.с. к.т.н. Л.И.Кубышкину. В совершенствовании диссертации с автором сотрудничал к.т.н. А.П.Гришкевич.
Обработка экспериментальных данных энергетических исследований сделана с помощью электронной вычислительной машины ЭВМ EC-I022, установленной в учебно-вычислительной лаборатории гидроэнергетики. В диссертации дается описание методики обработки экспериментальных данных энергетических исследований.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы.
В первой главе определяются типы гидроагрегатных блоков, применение типов турбинных камер и отсасывающих труб низконапорных ГЭС, а также:
- влияние на к. п. д. гидротурбины элементов водолроводящего тракта гидротурбинного блока низконапорных ГЭС;
- классификация элементов водолодводящего тракта гидроагрегатного блока;
- типы турбинных камер низконапорных ГЭС, характеристика их формы и компановки.
Во второй главе изложена задача исследований и дается описание исходного варианта турбинной камеры модели гидроагрегатного блока, а также приведены варианты модификаций водоподводящего тракта гидроэнергетической установки и последовательность их испытаний.
В третьей главе описывается стенд для гидравлических и энергетических исследований моделей блоков низконапорных ГЭС, методика проведения эксперимента и характеристика контрольно-измерительной аппаратуры, условия моделирования и обработка данных энергетических исследований с помощью электронно-вычислительной машины.
В четвертой главе приведены результаты гидроэнергетических испытаний вариантов турбинной камеры и анализ результатов также приводится расчет экономического эффекта.
В пятой главе даны условия измерения поля скоростей и анализ результатов исследования гидравлических характеристик потока в различных сечениях турбинной камеры.
В заключении сделаны основные выводы и сформулированы задачи дальнейших исследований.
В конце приводится список литературы, на которую шлеются ссылки в диссертации, и приложения.
