9649

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А. В. Янченко, А. В. Февралев

ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЯ ГЭС

Учебно-методическое пособие по выполнению курсовых проектов по дисциплине «Гидроэнергетика

и гидроэнергетические сооружения» для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Гидротехническое, геотехническое и энергетическое строительство, по дисциплине «Гидроэнергетические сооружения» для обучающихся по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, специализация Строительство гидротехнических сооружений

повышенной ответственности

Нижний Новгород

2023

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А. В. Янченко, А. В. Февралев

ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЯ ГЭС

Учебно-методическое пособие по выполнению курсовых проектов по дисциплине «Гидроэнергетика

и гидроэнергетические сооружения» для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Гидротехническое, геотехническое и энергетическое строительство, по дисциплине «Гидроэнергетические сооружения» для обучающихся по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, специализация Строительство гидротехнических сооружений

повышенной ответственности

Нижний Новгород

ННГАСУ

2023

УДК 621.31.21.002.5

Янченко А. В. Выбор оборудования здания ГЭС: учебно-методическое пособие / А. В. Янченко, А. В. Февралев; Нижегородский государственный архитектурностроительный университет. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2023. – 41 с. – Текст: электронный.

Приведены материалы по подбору гидроэнергетического и вспомогательного оборудования здания ГЭС: турбинного, системы автоматического управления, гидрогенераторов, подъёмно-транспортного и электрического оборудования.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для выполнения курсовых проектов по дисциплине «Гидроэнергетика и гидроэнергетические сооружения» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Гидротехническое, геотехническое и энергетическое строительство, по дисциплине «Гидроэнергетические сооружения» для обучающихся по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, специализация Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности.

Может быть использовано при выполнении выпускной квалификационной работы – по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Гидротехническое, геотехническое и энергетическое строительство и по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, специализация Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности.

© А. В. Янченко, А. В. Февралев, 2023 © ННГАСУ, 2023.

3

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ……………………………………………………...……………. 4

1.Выбор гидротурбин………………………….………………………….. 5

1.1.Гидравлические турбины, номенклатура и их конструкция ……. 5

1.2.Общие сведения о выборе гидротурбин ………………………….. 5

1.3.Выбор типа турбины ……………………………………………...... 7

1.4.Определение числа и расхода турбин …………………………….. 8

1.5.Определение диаметра рабочего колеса и частоты вращения …... 9

1.6.Определение отметки рабочего колеса ………………………........ 13

1.7.Определение массы гидротурбины ……………………………….. 14

1.8.Выбор турбинных камер …………………………………………… 15

1.8.1. Определение размеров бетонной спиральной камеры …….. 17 1.8.2. Определение размеров металлической спиральной камеры 18 1.9. Выбор отсасывающих труб ………………………………………... 21

2.Система автоматического управления гидротурбинами ………...…... 24

2.1.Регуляторы частоты вращения гидротурбин ………………….….. 24

2.2.Маслонапорные установки ………………………………………… 25

3.Выбор гидрогенераторов ….…………………………………………… 30

3.1.Конструкция гидрогенераторов …………………………...………. 30

3.2.Определение основных параметров гидрогенераторов ...………... 30

3.3.Охлаждение гидрогенераторов ……………………………………. 32

4.Компоновка гидроагрегата ……………………………………….......... 35

5.Выбор подъемно-транспортного оборудования ……………………… 36

6.Выбор электрического оборудования …………………………............. 38

4

Введение

По направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Гид-

ротехническое, геотехническое и энергетическое строительство по дисци-

плине «Гидроэнергетика и гидроэнергетические сооружения» и по специ-

альности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, спе-

циализация Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности по дисциплине «Гидроэнергетические сооружения» предусматривается выполнение курсового проекта «Здание ГЭС». Состав-

ной частью этого проекта является выбор оборудования ГЭС. В учебно-

методическом пособии описывается выбор основного оборудования ГЭС.

Пособие состоит из шести разделов: «Выбор гидротурбин», «Система ав-

томатического управления гидротурбинами», «Выбор гидрогенераторов»,

«Компоновка гидроагрегата», «Выбор подъемно-транспортного оборудо-

вания», «Выбор электрического оборудования».

5

1.Выбор гидротурбин

1.1.Гидравлические турбины, номенклатура и их конструкция

В настоящее время применяются и реактивные, и активные гидро-

турбины.

Основными параметрами, характеризующими гидротурбины, явля-

ются: напор Н, м; расход воды Q, м3/с; мощность на валу турбины N, кВт;

частота вращения рабочего колеса турбины n, об/мин; номинальный диа-

метр рабочего колеса турбины D1, м; коэффициент полезного действия турбины η; высота отсасывания НS, м.

Области применения различных систем гидротурбин показаны на рисунке 1.1.

Основные сведения о турбинах обычно представляют в документах,

называемых номенклатурами. Номенклатура российских гидротурбин, вы-

пускаемых ОАО «ЛМЗ» [1], г. С.-Петербург, дана на рисунке 1.2.

Наименование типа турбины определяет ее конструкцию: ПЛ – по-

воротно-лопастная; РО – радиально-осевая и т. д.

1.2. Общие сведения о выборе гидротурбин

Выбрать турбину – это:

1) определить класс (активная, реактивная) и систему турбины – ПЛ, Д, РО,

К и др.;

2) определить тип – ПЛ20, Д60, РО230 и т. д.;

3) выбрать диаметр рабочего колеса D1 и частоту вращения n; 4) определить высоту отсасывания Нs и отметку рабочего колеса;

5) выбрать турбинную камеру и отсасывающую трубу;

6) выбрать элементы системы регулирования турбины;

7) определить габариты рабочего колеса и статора турбины; определить массу турбины и массу рабочего колеса.

6

По оси абсцисс – расход одной турбины в м3/с; по оси ординат – напор ГЭС в м Рисунок 1.1 – Области применения систем гидравлических турбин

По оси абсцисс – напор ГЭС в м, по оси ординат − мощность одной турбины в МВт Рисунок 1. 2 – Сводный график крупных реактивных турбин ОАО «ЛМЗ»

7

1.3. Выбор типа турбины

Тип реактивной гидротурбины определяется по сводному графику

(рисунок 1.2), исходя из максимального напора Нмакс.

Максимальный напор устанавливается по результатам водноэнерге-

тических расчетов. Форма таблицы этих расчетов представлена в таблице

1.1.

Таблица 1.1 – Водноэнергетические расчеты

Расчеты в таблице 1.1 выполняются помесячно (столбец 1). При этом УВБ определяется по соответствующему графику; расход ГЭС также определяется по графику; УНБ определяется по расходу и графику связи расхода и УНБ (кривая расходов) для летнего периода.

8

Величины в таблице 1.1 рекомендуется принимать на середину каждого месяца. Графики УВБ, расхода ГЭС, связи расхода и УНБ даются в графической части задания на выполнение курсового проекта.

Мощность ГЭС вычисляется по зависимости, кВт:

(1.2)

где Nу − установленная мощность ГЭС (по заданию); N1макс – максимальная мощность одной турбины, которую могут изготовить в современных условиях; определяется по сводному графику при расчетном напоре (рису-

нок 1.3).

Окончательно принимается число турбин zт ≥2 и мощность одной

9

Расчетный расход одной турбины определяется так:

Qр= N1т/(9,81Нрη), м3/с, (1.4)

где η – КПД турбины; для ПЛ турбин η=0,87-0,9; для РО турбин η=0,9-0,92; мощность – в кВт, напор – в м.

Рисунок 1.3 – Определение максимальной мощности одной турбины, которую могут изготовить

1.5. Определение диаметра рабочего колеса и частоты вращения

Диаметр рабочего колеса (м) определяется по формуле [1]:

(1.5)

где Q11p – приведенный расход, м3/с; для ПЛ-турбин принимается макси-

мальным по кавитационным условиям (таблица 1.2); для РО-турбин – на линии 5% запаса мощности (таблица 1.3).

Диаметр рабочего колеса принимается равным стандартному (табли-

ца 1.4), ближайшему к вычисленному.