О вопросах применения гидротурбин микрогидроэлектростанций в соответствии с гидравлическими напорами

Современное гидротурбостроение развивается с учетом следующих основных тенденций:

  • повышения экономичности и надежности в эксплуатации;
  • дальнейшего увеличения быстроходности гидротурбин с целью обеспечения требуемой расчетной мощности при меньших габаритах и весах гидроагрегатов, что обеспечивает снижение стоимости энергетического оборудования и здания ГЭС;
  • улучшения энергетических характеристик гидротурбин и повышения среднеэксплуатационного КПД агрегатов при работе на нерасчетных нагрузках и напоре;
  • улучшения кавитационных характеристик с целью уменьшения разрушений проточной части и снижения отметки установки турбины по отношению к нижнему бьефу, что приводит к существенному уменьшению стоимости строительных работ по зданию ГЭС;
  • уменьшения пульсаций давления в проточной части (особенна за рабочим колесом радиально-осевой гидротурбины) и сопутствующих им вибраций агрегата;
  • дальнейшего роста единичных мощностей гидроагрегатов; применение на ГЭС мощных гидроагрегатов позволяет уменьшить их число, повысить КПД и снизить стоимость энергетического оборудования и здания[1-3].

Разработку высокоэффективного энергетического оборудования ведут в двух направлениях:

  1. Дальнейшее совершенствование проточной части, технико-экономических характеристик и увеличение быстроходности обычных типов гидротурбин — вертикальных осевых поворотнолопастных, радиально-осевых и ковшовых турбин.
  2. Разработка новых схем проточной части и конструкций гидротурбин с улучшенными энергетическими и кавитационными характеристиками.

В последние годы достигнуты большие успехи в расширении диапазона применения обычных реактивных гидротурбин по напорам. В настоящее время вертикальные осевые поворотнолопастные гидротурбины применяют на напоры 10 ÷ 80 м. Следует заметить, что целесообразность применения вертикальных осевых турбин на низкие (Н < 10 м) или высокие напоры (Н > 60 м) не является бесспорной. Так, применение вертикальных осевых гидротурбин на низкие напоры Н = 3 м – 10м связано с чрезмерным увеличением размеров и веса агрегата, удорожанием здания ГЭС. Поэтому для диапазона напоров Н = 3 ÷ 15 м в последние годы разработаны более быстроходные и экономичные горизонтальные капсульные агрегаты. У радиально-осевых гидротурбин в таких условиях падает среднеэксплуатационный КПД и уменьшается выработка энергии. С другой стороны, высоконапорные вертикальные осевые гидротурбины имеют худшие кавитационные качества, что ограничивает их применение на высокие напоры[4]. В связи с этим возникла потребность в новом типе гидротурбины, которая объединяла бы в себе преимущества осевой поворотнолопастной (малое изменение КПД при значительных колебаниях напора и нагрузки) и радиально-осевой гидротурбины (хорошие кавитационные качества, небольшое заглубление турбины). Такие гидротурбины, называемые диагональными поворотнолопастными, были созданы и получают в настоящее время все большее применение в практике гидроэнергостроительства при напорах Н = 50 ÷ 200 м. Радиально-осевые гидротурбины в настоящее время используют при напорах от 30 до 700 м.

Общая классификация гидротурбин различных типов по напорам представлена в таблице.

Применение гидротурбин в соответствия с напорами

 Применение гидротурбин в соответствия с напорами

Наиболее широкое применение среди горизонтальных лопастных гидротурбин в микрогэс получили миникапсульные. Генератор капсульного агрегата расположен в капсуле. Габариты блока по высоте и в плане значительно меньше по сравнению с вертикальной осевой гидротурбиной такой же мощности, что приводит к снижению стоимости на 25—40%. При тех же напорах и диаметрах рабочих колес мощность капсульных гидротурбин на 10— 25% больше, чем осевых вертикальных их КПД в оптимуме выше на 2—3%, а при режиме номинальной мощности разница в КПД еще больше. Работа вертикальной осевой гидротурбины при форсированных расходах сопровождается вибрацией и большими потерями энергии, особенно в отсасывающей трубе, в то время как в капсульных гидроагрегатах при больших расходах эти явления проявляются значительно меньше. На низкие напоры (Н = 1÷15 м) применяются в основном      капсульные     гидроагрегаты,      как      более      совершенные.    Капсульные микроэлектростанции выполняют схемой размещения непосредственно в  потоке, при этом сама капсула полностью герметична и имеет только кабельные выводы или с вынесением электрической части снаружи потока, при этом гидротурбина с мультипликатором находится непосредственно в потоке. Прямоточная схема капсульного агрегата целесообразна при малых мощностях и стоимости МКГЭС, но при этом усложняется проведение регламентных и профилактическо-ремонтных работ. Капсульные агрегаты в настоящее время применяют на напоры Н = 1-15 м. Современной тенденцией в развитии  гидротурбин микрогидроэлектростанций является дальнейшее их продвижение в зону более высоких мощностей и низких напоров с помощью применения каскадных схем размещения оборудования станций. Исследования и проектно-конструкторские разработки необходимо вести в двух направлениях: разработка конструкций гидроагрегатов, использующих гидроэнергетический потенциал различных локальных водоводов и бесплотинных нестационарных агрегатов для равнинных участков малых рек с помощью каскадных схем.

 

Литература

  1. А.М. Антонова, Б.Ф. Калугин, М.А. Вагнер. Общая Энергетика. Томск 2003 г. 387 с.
  2. В.В. Парлит. Гидравлические турбины. -М. 1987 г. 328 с.
  3. uhm.chat.ru
  4. biblus.ru 
Фамилия автора: Касымов У.Т., Серикбаев А.У.
Год: 2011
Город: Алматы
Яндекс.Метрика