4. Гидромашины, регулирование, предтурбинные затворы
4.1. Гидромашины.
4.1.1. Выбор системы, мощности и типоразмера гидромашины и модификации рабочего колеса производится на основе стандартов на гидравлические турбины. Для гидромашин, не вошедших в стандарты, а также для вновь разрабатываемых модификаций используются универсальные или эксплуатационные характеристики, подтвержденные заводом - разработчиком оборудования.
4.1.2. Конструкции гидромашин, системы регулирования и вспомогательного оборудования рассчитываются на надежную работу во всех режимах без вмешательства дежурного персонала.
4.1.3. Систему гидромашин рекомендуется выбирать по максимальному напору (табл. 4.1) с учетом заданных режимов работы и диапазона изменения напора на гидроэлектростанции.
Таблица 4.1
┌─────────────┬─────────────────┬────────────────────────────────┐ │Напор макси- │ Система │ Вариант исполнения │ │мальный, м │ гидромашин │ │ ├─────────────┴─────────────────┴────────────────────────────────┤ │ Гидротурбины │ ├─────────────┬─────────────────┬────────────────────────────────┤ │До 25 │Осевая │Поворотно-лопастная и пропеллер-│ │ │ │ная в вертикальном и горизонта- │ │ │ │льном исполнении, в том числе │ │ │ │капсульная и прямоточная │ ├─────────────┼─────────────────┼────────────────────────────────┤ │От 25 до 45 │Радиально-осевая │В вертикальном исполнении │ │ │Осевая │Поворотно-лопастная и пропеллер-│ │ │ │ная в вертикальном исполнении │ ├─────────────┼─────────────────┼────────────────────────────────┤ │От 45 до 80 │Радиально-осевая │В вертикальном исполнении │ │ │Осевая и диаго- │Поворотно-лопастная и пропеллер-│ │ │нальная │ная в вертикальном исполнении │ ├─────────────┼─────────────────┼────────────────────────────────┤ │От 80 до 170 │Радиально-осевая │В вертикальном исполнении │ │ │Диагональная │Поворотно-лопастная в вертикаль-│ │ │ │ном исполнении │ ├─────────────┼─────────────────┼────────────────────────────────┤ │От 150 до 600│Радиально-осевая │В вертикальном и горизонтальном │ │ │ │исполнении │ ├─────────────┼─────────────────┼────────────────────────────────┤ │Свыше 250 │Ковшовая │В вертикальном и горизонтальном │ │ │ │исполнении │ ├─────────────┴─────────────────┴────────────────────────────────┤ │ Насос-турбины │ ├─────────────┬─────────────────┬────────────────────────────────┤ │До 25 │Диагональная и │Поворотно-лопастная в вертикаль-│ │ │осевая │ном и горизонтальном исполнении │ ├─────────────┼─────────────────┼────────────────────────────────┤ │До 30 │То же │Поворотно-лопастная в вертикаль-│ │ │ │ном исполнении │ ├─────────────┼─────────────────┼────────────────────────────────┤ │От 30 до 80 │Диагональная │Поворотно-лопастная в вертикаль-│ │ │ │ном исполнении │ │ │Радиально-осевая │В вертикальном исполнении │ ├─────────────┼─────────────────┼────────────────────────────────┤ │От 80 до 600 │Радиально-осевая │В вертикальном и горизонтальном │ │ │одноступенчатая │исполнении │ ├─────────────┼─────────────────┼────────────────────────────────┤ │Свыше 600 │Радиально-осевая │В вертикальном исполнении │ │ │многоступенчатая │ │ ├─────────────┼─────────────────┼────────────────────────────────┤ │Свыше 1200 │Трехмашинный аг- │В вертикальном и горизонтальном │ │ │регат, включающий│исполнении │ │ │многоступенчатый │ │ │ │насос и ковшовую │ │ │ │турбину │ │ └─────────────┴─────────────────┴────────────────────────────────┘
4.1.4. В случае, если эффективная работа электростанции в заданном диапазоне используемых напоров может быть обеспечена гидромашинами нескольких систем, окончательный выбор должен производиться на основе технико-экономического сопоставления вариантов.
При выборе диапазона изменения напоров следует руководствоваться следующими соотношениями:
H
min
для капсульных турбин ---- >= 0,4;
H
max
для осевых и диагональных поворотно-лопастных турбин
H
min
---- >= 0,5;
H
max
H
min
для радиально-осевых турбин ---- >= 0,6 - 0,65;
H
max
H
min
для ковшовых турбин ---- >= 0,9;
H
max
H n
p max st
для насос-турбин радиально-осевых ------ >= 0,9 + 0,185 ---
H 100
t min
-1
(для n = 100 - 350 мин. );
st
H n
p max st
для насос-турбин диагональных ------ >= 1,2 + 0,2 --- (для
H 100
t min
-1
n = 200 - 400 мин. ).
st
При большем диапазоне изменения напоров рассматривается применение двухскоростных гидроагрегатов.
Величины сопрягаемых частот вращения определяются с учетом рекомендаций разработчиков оборудования.
4.1.5. Число и единичная мощность гидроагрегатов выбираются для каждой конкретной электростанции на основе технико-экономического сравнения вариантов.
В расчетах учитываются влияние мощности агрегата на стоимость оборудования, стоимость строительной части, эксплуатационные затраты и водно-энергетические характеристики электростанции, обеспечение необходимых режимов работы электростанции в энергосистеме и на изолированного потребителя.
4.1.6. При равных показателях надежности и технико-экономических показателях с учетом эксплуатационных затрат принимается наибольшая технически возможная мощность с учетом соображений по унификации оборудования как по условиям изготовления, так и по условиям эксплуатации на каскаде.
Наибольшая технически возможная мощность гидромашины обосновывается по результатам анализа следующих факторов:
характеристики энергосистемы и ее требований к режимам работы электростанции, в том числе к участию электростанции в покрытии пиков графика нагрузки, условиям аварийного отключения гидроагрегата и пропуска санитарного расхода;
требований по режимам уровней воды в нижнем бьефе;
геоморфологических и геологических условий створа гидроэлектростанции;
наименьшего отрицательного влияния на окружающую среду;
технологических возможностей изготовления, транспорта и монтажа оборудования;
типа здания электростанции и конструкции водоподводящих устройств;
возможности создания предтурбинных затворов.
4.1.7. При выбранной номинальной мощности гидроагрегата и заданных характеристиках гидрогенератора гидромашина при напорах выше расчетного рассчитывается на мощность, обеспечивающую работу синхронной машины с активной мощностью, равной ее полной номинальной мощности.
4.1.8. Применение генератора мощностью более номинальной для работы агрегата при напорах выше расчетного в каждом конкретном случае обосновывается дополнительной выработкой энергии и возможной экономией ремонтной мощности на электростанциях энергосистемы.
4.1.9. При выборе оборудования и составлении технического задания на разработку оборудования коэффициенты быстроходности, приведенные расходы и коэффициенты полезного действия (в зависимости от напора) принимаются не хуже указанных ниже в табл. 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6. Значения максимального коэффициента полезного действия, приведенные в табл. 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, отнесены к модели рабочего колеса турбины диаметром 460 мм, испытанной при напоре 4 м и температуре воды 20 °C.
Таблица 4.2
ОСЕВЫЕ ПОВОРОТНО-ЛОПАСТНЫЕ ГИДРОТУРБИНЫ
В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ (КАПСУЛЬНОМ) ИСПОЛНЕНИИ
┌─────────────────────────────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┐ │ Напор максимальный, м │ 7 │ 10 │ 15 │ 20 │ 25 │ ├─────────────────────────────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┤ │Коэффициент быстроходности │1000 -│900 - │800 - │750 - │750 - │ │ -1 │900 │800 │750 │700 │670 │ │n , мин. │ │ │ │ │ │ │ s опт │ │ │ │ │ │ │Расход приведенный, куб. м/с:│ │ │ │ │ │ │Q' │3,2 - │2,8 - │2,4 - │2,0 - │1,7 - │ │ I max │3,5 │3,0 │3,0 │2,75 │2,5 │ │Q' │1,8 - │1,7 - │1,6 - │1,5 - │1,45 -│ │ I опт │2,0 │1,9 │1,8 │1,75 │1,7 │ ├─────────────────────────────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┤ │Коэффициент полезного │92,7 │92,7 │92,2 │91,9 │91,9 │ │действия модели эта , % │ │ │ │ │ │ │ max │ │ │ │ │ │ ├─────────────────────────────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┤ │Частота вращения приведенная │150 - │145 - │140 - │135 - │135 - │ │ -1 │190 │180 │170 │165 │160 │ │n' , мин. │ │ │ │ │ │ │ I опт │ │ │ │ │ │ └─────────────────────────────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┘
Таблица 4.3
ОСЕВЫЕ ПОВОРОТНО-ЛОПАСТНЫЕ ГИДРОТУРБИНЫ
В ВЕРТИКАЛЬНОМ ИСПОЛНЕНИИ
┌────────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┐ │Напор │ 10 │ 15 │ 20 │ 30 │ 40 │ 50 │ 60 │ 70 │ 80 │ │максима-│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │льный, м│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├────────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┤ │Коэффи- │773 - │669 - │585 - │517 - │482 - │457 - │413 - │383 - │353 - │ │циент │640 │561 │493,4 │436 │384 │373 │346 │327 │300 │ │быстро- │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ходности│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │n , │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ s опт │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ -1 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │мин. │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├────────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┤ │Расход │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │приве- │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │денный, │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │куб. м/ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │с: │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │Q' │2,3 - │2,1 - │1,8 - │1,45 -│1,25 -│1,15 -│1,05 -│0,95 -│0,9 - │ │ I max │2,5 │2,35 │2,25 │2,0 │1,7 │1,5 │1,3 │1,2 │1,1 │ │Q' │1,25 -│1,15 -│1,05 -│1,0 - │1,0 - │0,95 -│0,9 - │0,85 -│0,84 -│ │ I опт │1,45 │1,35 │1,25 │1,2 │1,2 │1,15 │1,05 │1,0 │0,95 │ ├────────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┤ │Коэффи- │90,5 │91,4 │91,4 │91,7 │91,6 │90,8 │90,6 │90,0 │89,4 │ │циент │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │полезно-│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │го дей- │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ствия │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │эта , │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ mах │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │% │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├────────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┤ │Частота │165 - │150 - │138 - │125 - │115 - │110 - │105 - │102 - │100 - │ │вращения│185 │165 │150 │135 │126 │120 │116 │110 │105 │ │приве- │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │денная │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │n' , │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ I опт │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ -1 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │мин. │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ └────────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┘
Таблица 4.4
ДИАГОНАЛЬНЫЕ ПОВОРОТНО-ЛОПАСТНЫЕ ГИДРОТУРБИНЫ
┌─────────────────┬──────┬─────┬──────┬─────┬──────┬──────┬──────┐ │ Напор │ 50 │ 60 │ 70 │ 90 │ 115 │ 140 │ 170 │ │ максимальный, м │ │ │ │ │ │ │ │ ├─────────────────┼──────┼─────┼──────┼─────┼──────┼──────┼──────┤ │Коэффициент │430 - │420 -│410 - │370 -│300 - │280 - │240 - │ │быстроходности │380 │370 │353 │300 │280 │260 │219 │ │ -1 │ │ │ │ │ │ │ │ │n , мин. │ │ │ │ │ │ │ │ │ s опт │ │ │ │ │ │ │ │ ├─────────────────┼──────┼─────┼──────┼─────┼──────┼──────┼──────┤ │Расход приведен- │1,25 -│1,2 -│1,1 - │1,0 -│0,85 -│0,75 -│0,7 - │ │ный, куб. м/с: │1,5 │1,4 │1,3 │1,2 │1,05 │0,95 │0,8 │ │Q' , по Н │0,9 - │0,9 -│0,85 -│0,8 -│0,76 -│0,72 -│0,55 -│ │ I max s │1,15 │1,1 │1,0 │1,0 │0,9 │0,85 │0,65 │ │Q' │ │ │ │ │ │ │ │ │ I опт │ │ │ │ │ │ │ │ ├─────────────────┼──────┼─────┼──────┼─────┼──────┼──────┼──────┤ │Коэффициент по- │91,3 │89,8 │91,3 │92,2 │92,1 │92,5 │91,5 │ │лезного действия │ │ │ │ │ │ │ │ │модели эта , % │ │ │ │ │ │ │ │ │ max │ │ │ │ │ │ │ │ ├─────────────────┼──────┼─────┼──────┼─────┼──────┼──────┼──────┤ │Частота вращения │105 - │100 -│100 - │85 - │83 - │82 - │77 - │ │приведенная │115 │115 │110 │95 │91 │87 │85 │ │ -1 │ │ │ │ │ │ │ │ │n' , мин. │ │ │ │ │ │ │ │ │ I опт │ │ │ │ │ │ │ │ └─────────────────┴──────┴─────┴──────┴─────┴──────┴──────┴──────┘
Таблица 4.5
РАДИАЛЬНО-ОСЕВЫЕ ГИДРОТУРБИНЫ
┌────────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬─────┬──────┬─────┬──────┬──────┐ │Напор │ 45 │ 75 │ 115 │ 140 │ 170 │ 230 │ 310 │ 400 │ 500 │ 600 │ │максима-│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │льный, м│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├────────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼─────┼──────┼─────┼──────┼──────┤ │Коэффи- │360 - │315 - │250 - │240 - │220 - │175 -│140 - │123 -│113 - │100 - │ │циент │300 │250 │220 │210 │170 │140 │115 │93 │110 │86 │ │быстро- │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ходности│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │n , │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ s опт │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ -1 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │мин. │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├────────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼─────┼──────┼─────┼──────┼──────┤ │Расход │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │приве- │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │денный, │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │куб. м/ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │с: │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │Q' │1,35 -│1,15 -│0,95 -│0,85 -│0,7 - │0,5 -│0,35 -│0,3 -│0,25 -│0,2 - │ │ I max │1,55 │1,4 │1,15 │1,0 │0,85 │0,65 │0,5 │0,37 │0,3 │0,26 │ │(5%-ный │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │запас) │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │Q' │1,15 -│1,0 - │0,85 -│0,75 -│0,55 -│0,4 -│0,30 -│0,2 -│0,8 - │0,15 -│ │ I опт │1,3 │1,15 │1,0 │0,9 │0,7 │0,55 │0,40 │0,30 │0,25 │0,20 │ ├────────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼─────┼──────┼─────┼──────┼──────┤ │Коэффи- │92,4 │92,2 │93,1 │93,3 │93,0 │93,0 │92,2 │90,3 │90,2 │90,0 │ │циент │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │полезно-│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │го дей- │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ствия │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │модели │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │эта , │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ max │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │% │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├────────┼──────┼──────┼──────┼──────┼──────┼─────┼──────┼─────┼──────┼──────┤ │Частота │80 - │70 - │68 - │66 - │64 - │62 - │60 - │60 - │58 - │56 - │ │вращения│90 │83 │77 │74 │72 │68 │66 │65 │65 │65 │ │приве- │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │денная │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │n' , │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ I опт │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ -1 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │мин. │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ └────────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴─────┴──────┴─────┴──────┴──────┘
Таблица 4.6
КОВШОВЫЕ ГИДРОТУРБИНЫ
┌─────────────────────────────┬───────┬────────┬────────┬────────┐ │ Напор максимальный, м │ 400 │ 600 │ 1000 │ 1500 │ ├─────────────────────────────┼───────┼────────┼────────┼────────┤ │Количество сопел, шт. │4 │4 │4 │4 │ ├─────────────────────────────┼───────┼────────┼────────┼────────┤ │Коэффициент быстроходности │25,5 │23 │18,5 │13 │ │ -1 │ │ │ │ │ │на одно сопло n , мин. │ │ │ │ │ │ s │ │ │ │ │ ├─────────────────────────────┼───────┼────────┼────────┼────────┤ │Расход приведенный, куб. м/с:│ │ │ │ │ │Q' │0,135 │0,110 │0,070 │0,035 │ │ I max │ │ │ │ │ │Q' │0,085 -│0,07 - │0,04 - │0,02 - │ │ I опт │0,125 │0,1 │0,055 │0,025 │ ├─────────────────────────────┼───────┼────────┼────────┼────────┤ │Коэффициент полезного │90,4 │90,8 │90,5 │- │ │действия модели эта , % │ │ │ │ │ │ max │ │ │ │ │ ├─────────────────────────────┼───────┼────────┼────────┼────────┤ │Частота вращения приведенная │39 - 40│39 - 40 │39 - 40 │39 - 40 │ │ -1 │ │ │ │ │ │n' , мин. │ │ │ │ │ │ I опт │ │ │ │ │ └─────────────────────────────┴───────┴────────┴────────┴────────┘
Примечание к табл. 4.2 - 4.6. Оптимальные значения
приведенного расхода Q' и приведенной частоты вращения
I опт
n' соответствуют режиму максимального коэффициента полезного
I опт
действия эта для рассматриваемой универсальной характеристики.
max
4.1.10. При определении параметров и габаритов обратимых гидромашин для ГАЭС необходимо произвести технико-экономические расчеты по выбору их оптимальной быстроходности.
Для насосного режима значение быстроходности вычисляется по формуле:
_
3,65n \/Q
n = ---------,
sн 3/4
H
-1
где: n, мин. ; Q, куб. м/с; H, м.
Для предварительной оценки быстроходности можно использовать
_
эмпирическую зависимость K = n = \/H. Значение показателя уровня
sн
быстроходности K принимается, как правило, около 2500.
При выборе параметров обратимой гидромашины следует учитывать,
что наибольший КПД имеют насос-турбины быстроходностью 170 - 230.
Использование гидромашин с n < 110 ведет к резкому снижению КПД
s
агрегата.
Для турбинного режима величина быстроходности вычисляется по
формуле:
_
1,167n \/N
n = ----------,
sт 3/4
H
-1
где: n, мин. ; N, кВт; H, м.
Значения Q, H и N принимаются для расчетного режима.
Зависимость коэффициента быстроходности по насосному режиму от напора на предварительной стадии определяется по табл. 4.7.
Таблица 4.7
РАДИАЛЬНО-ОСЕВЫЕ НАСОС-ТУРБИНЫ
┌──────────────────────┬─────┬─────┬─────┬─────┬─────┬─────┬─────┐ │Напор максимальный, м │45 - │ 80 │ 115 │ 150 │170 -│300 -│500 -│ │ │ 60 │ │ │ │ 200 │ 400 │ 600 │ ├──────────────────────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │Коэффициент быстроход-│320 -│280 -│250 -│210 -│190 -│145 -│110 -│ │ -1 │300 │270 │230 │200 │175 │125 │95 │ │ности, мин. , насос- │ │ │ │ │ │ │ │ │ный режим n │ │ │ │ │ │ │ │ │ sн │ │ │ │ │ │ │ │ ├──────────────────────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │Показатель уровня │2500 │2500 │2500 │2500 │2500 │2500 │2500 │ │быстроходности (сред.)│ │ │ │ │ │ │ │ │ _ │ │ │ │ │ │ │ │ │K = n \/H │ │ │ │ │ │ │ │ │ s │ │ │ │ │ │ │ │ └──────────────────────┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┘
4.1.11. Приведенный расход при расчетном по мощности напоре и номинальной мощности определяется как экономически целесообразная величина по минимуму капитальных вложений и эксплуатационных затрат для конкретных условий размещения электростанции и выбранной модификации рабочего колеса с учетом изменения габаритов блока, массы оборудования, показателей надежности и требуемых высот отсасывания.
4.1.12. Основными расчетными параметрами гидромашин при заданных максимальном, расчетном по мощности и средневзвешенном по выработке напорах и мощности считаются:
номинальный диаметр рабочего колеса Д , м;
1
диаметр расположения осей лопаток направляющего аппарата Д ,
0
м, для гидромашин вертикального исполнения;
-1
номинальная частота вращения n , мин. ;
ном
-1
угонная частота вращения n , мин. ;
уг
коэффициент полезного действия максимальный эта , %;
max
коэффициент полезного действия в расчетной точке эта , %;
расч
требуемая высота отсасывания H , м;
s
-1
коэффициент быстроходности n , мин. ;
s
_
показатель уровня быстроходности K = n \/H.
s
4.1.13. Номинальный диаметр рабочего колеса гидравлической турбины определяют исходя из мощности гидроагрегата, экономически целесообразного значения приведенного расхода, определенного с учетом капитальных затрат, эксплуатационных издержек и обеспечения требуемых высот отсасывания, при расчетном по мощности напоре ГЭС и соответствующем ему значении коэффициента полезного действия.
Полученное значение номинального диаметра рабочего колеса гидромашины целесообразно округлять до ближайшего рекомендованного значения в соответствии со стандартом на гидромашины.
4.1.14. Номинальная частота вращения гидроагрегата назначается из условия работы гидравлических турбин при средневзвешенном по выработке напоре с приведенной частотой вращения, соответствующей зоне максимального коэффициента полезного действия универсальной характеристики.
При назначении номинальной частоты вращения учитываются рекомендации заводов - разработчиков гидрогенераторов.
Номинальная частота вращения обратимых агрегатов определяется по насосному режиму исходя из условий размещения рабочего диапазона напоров в оптимальной зоне характеристики и заглубления рабочего колеса.
4.1.15. Требуемые высоты отсасывания на предпроектных стадиях принимаются по модельным универсальным характеристикам существующих гидротурбин. На последующих стадиях это значение уточняется по характеристикам гидротурбин.
Для обратимых гидромашин отметка рабочего колеса определяется по насосному режиму для наихудшего сочетания напора и уровня нижнего бассейна.
4.1.16. Выбор отметки установки реактивной гидромашины производится по требуемым высотам отсасывания с учетом графика нагрузки гидроэлектростанции, условий неустановившегося режима в нижнем бьефе, в частности, времени наполнения бьефа, прогнозируемых размывов в нижнем бьефе, согласованной с разработчиком оборудования допустимой величиной кавитационной эрозии и экономического сопоставления затрат на заглубление здания электростанции и последующее устранение кавитационной эрозии, а также изменения режимов работы гидроагрегата в разные периоды эксплуатации.
4.1.17. При выборе оборудования допустимая величина кавитационной эрозии определяется в соответствии с рекомендациями Международной электротехнической комиссии по объему унесенного металла либо по глубине и площади кавитационных разрушений (Публикация МЭК N 609).
4.1.18. Пусковой напор на ГЭС ограничивается пределами поля универсальной характеристики и принимается по согласованию с заводом - разработчиком гидромашины.
4.1.19. Необходимость ввода гидроагрегатов на пониженных напорах обосновывается с учетом длительности наполнения водохранилища или строительного периода.
4.1.20. Для ГЭС, на которых предполагается работа гидроагрегатов в широком диапазоне рабочих напоров или на которых предполагается достаточно длительная работа при пониженных пусковых напорах, рассматриваются:
применение турбин двойного регулирования, в том числе диагональных поворотно-лопастных (для напоров до 150 м);
использование радиально-осевых гидротурбин со сменными рабочими колесами с большей быстроходностью, чем у штатных (при этом должно быть обеспечено соответствие разгонной частоты вращения сменного рабочего колеса с разгонной частотой вращения штатного генератора);
использование радиально-осевых гидротурбин с временными сменными генераторами, устанавливаемыми на фундамент штатного генератора. При этом следует обеспечить унификацию и максимальную преемственность узлов временного и штатного генераторов;
комплексное использование временных рабочих колес и временных генераторов;
использование двухскоростного генератора, если это возможно по кратности применяемых частот вращения;
применение преобразователей частоты переменного тока, обеспечивающих возможность работы агрегата с переменной частотой вращения.
Принятая в проекте схема ввода электростанции на пониженных пусковых напорах подтверждается технико-экономическим расчетом.
4.1.21. Для ГЭС, где вода содержит взвешенные наносы диаметром частиц менее 0,25 мм с твердостью по шкале Мооса меньше 4, применение специальных мер по защите гидротурбины от истирания не требуется. При преобладании во взвешенных наносах частиц твердостью по шкале Мооса 4 и более применяются специальные меры по повышению износоустойчивости проточной части, что оговаривается в исходных данных технического задания на разработку гидротурбинной установки.
Дополнительные затраты на обеспечение износоустойчивости проточной части гидротурбины сопоставляются с затратами на сооружение отстойника.
4.1.22. Тип, форма и габариты спиральной камеры, а также скорость во входном сечении спиральной камеры принимаются по отраслевым стандартам.
В тех случаях, когда для заданного максимального напора возможно применение двух типов спиральных камер, выбор их следует производить на основании технико-экономических расчетов.
Железобетонные спиральные камеры таврового сечения применяются до максимального напора 80 м.
Железобетонные спиральные камеры в диапазоне напоров от 50 до 80 м полностью облицовываются металлом.
Металлические спиральные камеры круглого или эллиптического сечения с максимальным напором выше 100 м, для которых произведение максимального динамического давления (кН/кв. м) в спиральной камере на диаметр входного сечения спирали (м) равно или больше 12000, рассматривается вариант в сталежелезобетонном исполнении с передачей части нагрузки на охватывающий железобетон.
Спиральные камеры гидротурбин при площади входного сечения менее 3 кв. м независимо от величины действующего напора, как правило, выполняются металлическими круглого сечения.
На металлических спиральных камерах, заложенных в бетон, предусматривается упругая прокладка над ее верхней половиной с устройством дренажа воды.
4.1.23. Металлические спиральные камеры, полностью воспринимающие напор, а также металлические облицовки сталежелезобетонных спиральных камер, воспринимающие напор частично, подвергаются до бетонирования гидравлическому испытанию на соответствующее значение испытательного давления.
Допускается возможность совместного испытания спиральной камеры с напорным водоводом.
В отдельных обоснованных случаях гидравлические испытания могут быть заменены контролем 100% длины сварных швов методом гаммаграфирования по техническим условиям.
4.1.24. Тип, форма и габариты отсасывающей трубы принимаются по отраслевым стандартам.
Высота изогнутых отсасывающих труб для насосов-турбин
принимается не менее 2,5 Д .
1
Для горизонтальных гидравлических турбин прямоосные
отсасывающие трубы принимаются длиной 4,5 - 5,0 Д с углом
1
конусности в пределах 13 - 16°. Форма сечения может быть круглой,
овальной с переходом на прямоугольную.
4.1.25. Верхняя кромка выходного сечения отсасывающей трубы заглубляется не менее чем на 0,5 м ниже минимального уровня нижнего бьефа, при котором возможна работа гидравлических турбин с учетом неустановившегося режима в нижнем бьефе.
4.1.26. Предусматривается металлическая облицовка начального конуса отсасывающей трубы, а в обоснованных случаях - и торцовой части.
4.2. Регулирование.
4.2.1. Гидромашина комплектуется системой автоматического управления (САУ), включающей электрогидравлический регулятор (ЭГР), маслонапорную установку (МНУ), панели автоматики МНУ, предтурбинного затвора (при его наличии) и турбины, противоразгонные устройства.
САУ обеспечивает автоматическую работу гидроагрегата в различных режимах: при регулировании частоты, мощности, водотока и в режиме синхронного компенсатора, а также позволяет осуществлять групповое регулирование агрегатами.
САУ в случае необходимости предусматривает возможность вести ограничение максимальной и минимальной мощности в зависимости от напора и уровня нижнего бьефа.
4.2.2. В качестве основного противоразгонного устройства, в дополнение к системе регулирования гидравлической турбины, предусматривается закрытие направляющего аппарата от золотника аварийного закрытия.
В технически обоснованных случаях сервомотор направляющего аппарата может снабжаться устройством программного закрытия.
В дополнение к золотнику аварийного закрытия при соответствующем обосновании могут быть использованы другие средства противоразгонной защиты: предтурбинные затворы или быстродействующие затворы на водоприемнике.
При наличии нескольких видов противоразгонных защит их действие принимается селективным.
4.2.3. Регулятор для поворотно-лопастных гидротурбин снабжается комбинаторным устройством, а также устройством, обеспечивающим функции программного управления регулирующими органами при нормальных и аварийных сбросах нагрузки.
4.2.4. Система управления обеспечивает:
автоматический пуск одного из гидроагрегатов электростанции в условиях отсутствия напряжения переменного тока в системе собственных нужд электростанции и наличия давления в МНУ;
автоматическую остановку, пуск и повторную остановку гидроагрегата при отсутствии напряжения переменного тока в системе собственных нужд электростанции и при уровне и давлении масла в котле МНУ, соответствующих уставке включения рабочего насоса.
4.2.5. Типоразмер маслонапорной установки гидроагрегата выбирается для случая неработающих насосов и начального давления в аккумуляторе, соответствующего уставке включения основного насоса из условия обеспечения выполнения не менее 2,5 полных ходов сервомоторов направляющего аппарата, двух полных ходов сервомотора рабочего колеса и полного хода сервомотора предтурбинного затвора (при его наличии).
При наличии в гидроагрегате встроенного цилиндрического затвора, включенного оперативно в схему управления гидроагрегатом, МНУ рассчитывается также на закрытие затвора после остановки агрегата.
При этом предусматривается сохранение запаса давления и объема масла, достаточных для аварийной остановки агрегата.
4.2.6. Типоразмер маслонапорной установки, обслуживающей отдельную группу предтурбинных затворов, выполняющих аварийные функции, выбирается из условия закрытия всех обслуживаемых затворов и обеспечения цикла открытие - закрытие одного из затворов.
4.2.7. Выбор режимов регулирования гидравлической машины производится на основании расчетов и анализа переходных процессов с учетом конкретных условий работы электростанции, характеристик ее оборудования и системы водопроводящих сооружений электростанции.
При этом подлежат учету все виды переходных гидромеханических процессов: плановые, внеплановые, внезапные, аварийные и чрезвычайно аварийные.
4.2.8. В результате расчетов и анализа неустановившихся режимов выявляются:
реально возможные, вероятные, наиболее неблагоприятные нагрузки, их сочетание и другие показатели, которые необходимо учитывать при проектировании сооружений и оборудования, а также эксплуатационные характеристики электростанции;
возможности улучшения динамических показателей за счет оптимизации режимов регулирования и состава энергетических сооружений и оборудования.
При этом вычисляются:
для станционных напорных водоводов: значения наибольших давлений с учетом гидравлического удара, распределение давлений по длине, значения наименьшего давления, участки возможных повышенных пульсаций давления, в том числе и с учетом сейсмического воздействия;
для гидроагрегатов: увеличение частоты вращения при сбросах нагрузки, изменение направления вращения для насос-турбин при отключении агрегата от сети в насосном режиме (режим потери привода), изменение моментов и осевых сил, развиваемых гидромашиной, а также давлений в проточном тракте, особенно за рабочим колесом.
4.2.9. Основными показателями, определяющими условия
регулирования, являются:
а) постоянная инерции (времени) напорных водоводов T . При
w
значениях T > 2 с система считается высокоинерционной и
w
необходимы более детальный анализ и расчеты по выбору мероприятий,
обеспечивающих соблюдение гарантий регулирования.
При T >= 3 - 5 с следует рассматривать необходимость
w
применения уравнительных резервуаров на напорной деривации, кроме
ковшовых турбин;
б) постоянная инерции гидроагрегата Т . При значениях Т < 5 с
a a
агрегат считается "легким" и требуется анализ условий устойчивости
системы регулирования;
в) повышенные пульсации давления в напорных водоводах. Период
жгутовых пульсаций за рабочим колесом не должен совпадать с
периодом упругих колебаний напорных водоводов.
4.2.10. При расчете переходных процессов рекомендуется принимать максимальное повышение частоты вращения гидроагрегатов до 160% номинальной и повышение давления на средней линии входного сечения спиральной камеры до 140% максимального напора. В особых случаях, подтвержденных расчетом, могут быть заданы большие значения.
4.2.11. Максимальное относительное повышение давления в спиральной камере при сбросе номинальной нагрузки и исправной работе системы регулирования не нормируется и выбирается путем сопоставления вариантов:
использование гидромашины повышенной прочности;
применение программного управления закрытием направляющего аппарата;
применение холостых выпусков;
использование гидрогенератора с увеличенным маховым моментом;
применение уравнительных резервуаров.
4.2.12. При питании нескольких гидромашин от одного водовода максимальные повышение давления и заброс частоты вращения определяются для условия отключения всех гидроагрегатов.
4.2.13. Значения повышения давления в спиральной камере гидравлической машины и повышение частоты вращения гидроагрегата (гарантии регулирования) принимаются по данным государственных стандартов или технических условий.
4.3. Предтурбинные затворы.
4.3.1. Предтурбинными затворами считаются запорные органы, устанавливаемые на напорных водоводах перед входом в спиральную камеру гидравлической машины и входящие в единую систему управления технологическим процессом гидромашины.
4.3.2. Предтурбинные затворы обеспечивают:
возможность проведения ремонтных работ в проточной части гидромашины под их защитой;
защиту гидроагрегата от разгона в соответствии с командой системы регулирования гидромашины;
защиту направляющего аппарата высоконапорных гидромашин от щелевой кавитации;
возможность перевода гидроагрегата для работы в режиме синхронного компенсатора или пуска в насосный режим обратимой гидромашины с отжимом воды из камеры рабочего колеса сжатым воздухом.
4.3.3. Предтурбинные затворы принимаются в соответствии с ГОСТ 22373:
дисковые с плоскоскошенным диском - на статический напор 115 м;
дисковые с диском типа "биплан" - на статический напор 170 м с одной рабочей пластиной и 230 м с двумя симметричными рабочими пластинами;
шаровые - на статический напор 800 м.
Предтурбинные затворы оснащаются панелями управления.
В качестве источников питания гидропривода предтурбинного затвора используется маслонапорная установка гидромашины или отдельная МНУ.
4.3.4. Для повышения надежности работы предтурбинных затворов рекомендуется предусматривать использование грузового привода на "закрытие" в пределах технически возможных решений.
4.3.5. При закрытии предтурбинного затвора в текущей воде его закон закрытия предусматривает замедление на участке последних 25% хода.