Регулирование расхода

Направление подготовки: «ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКА» Профиль: Гидроэлектростанции ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ (лекционный курс) Автор: доц. Орахелашвили Б. М. 2016 1 Лекция 4. 3.2 Регулирование расхода Установим связь между Q и параметрами Н.А. и Р.К. Из (3.1; 3.2; 3.3) получаем Vu1 = Vио ctga o R Ro = Vmo ctga o o = Q * R1 R1 2pR1 Bo (3.20) Из D-ка скоростей на выходе Р.К. Vu2 = U2 - Wu2 (3.21) где Wu2 = Wm2*ctg g2 (3.22) Если площадь выходного сечения РК обозначим через F2, то Vm2 = Q F2 (3.23) Тогда Vu 2 = w R2 - Q ctg g 2 F2 (3.24) Подставляя в (3.14), получим w * R1 * Q * НТ = ö æ ctga o Q - w * R2 * ççwR2 - ctgg 2 ÷÷ F2 2pR1 Bo ø è g Отсюда HТ + wR22 w Q= æ ctga o R2 ö çç + ctgg 2 ÷÷ è 2pBo F2 ø g (3.25) Принимая w = const и НТ » const, получим Q= A ctga o + ctgg 2 × х 2pBo (3.26) Таким образом, имеется 3 параметра aо; Во; g2 и, соответственно, 3 возможности регулирования расхода. 2 Видно, что при уменьшении расхода в турбине, лопасти которой не имеют возможности поворачиваться, направление относительной скорости на входе существенно изменяется (см. рис. 3.5 а). Возникающий при этом «ударный» вход на лопасть приводит к отрыву потока и увеличению потерь в рабочем колесе. Поскольку сохраняется направление относительной скорости на выходе, определяемое направлением выходного участка лопасти, возникает большая закрутка потока на выходе из РК (см. рис. 3.5 б). Это приводит к возникновению вихревого жгута в отсасывающей трубе и повышенным вибрациям агрегата. В связи с этим, эксплуатация жестколопастных турбин на пониженных мощностях существенно ограничивается. g2л Рис. 3.5 Изменение скоростей при регулировании расхода в жестколопастной турбине. а) вход; б) выход 3 3.3 Комбинаторные режимы Из (3.26) видно, что для регулирования расхода в ПЛ гидротурбинах возможно одновременное изменение 2-х параметров aо = f (открытия НА) и g2 = f (угла установки лопасти РК). Следовательно, эти два движения должны быть согласованы. Для осуществления поворота лопастей РК внутри втулки устанавливается специальный механизм, включающий в себя сервомотор и систему рычагов. В основу получения зависимости j (ао) положим условие min Г2 (Г2Þ0), поскольку основная часть гидравлических потерь в турбине связана с циркуляционным потоком на выходе. Его энергия V2 u 2 теряется безвозвратно. 2g Q = 2pR1 B1Vm1 = 2pRo BoVmo ; Г1 = 2pR1Vu1 = 2pR1Vm1сtga 1 = ctga o = ctga1 Q ctga 1 ; B1 Bo B1 Запишем основное уравнение (3.15) относительно Г2 æ gH T ö + wR22 ÷ ç 2pgH T 2pgH T Q w ø × ctga 1 - 2pgH T = Г 2 = Г1 ctga 1 = = è B1 w w w æ ctga1 R2 ö B1 çç ctgg 2 ÷÷ + è 2pB1 F2 ø é æ ctga 1 R2 öù 2 2 ctgg 2 ÷÷ ú + ê ( gH T + w R2 )ctga1 - 2pgH T B1 çç 1 è 2pB1 F2 øú = ê ú wê ctga 1 R2 ctgg 2 + ú ê F2 2pB1 úû êë (3.27) Поскольку знаменатель не равен 0; т.к. ctg a1¹¥; a1¹0 и ctg g2¹¥; g2¹0, то для обеспечения условия Г2=0, числитель должен быть = 0. (gH T ) + w 2 R22 - gH T * ctga 1 - R2 2pgH T B1ctgg 2 = 0 F2 4 2pH T B1 ctga 1 = ctgg 2 * R2 F2 w 2 R22 1 1 HT 2pgB1 = *x ; А = = const 2 tga 1 tgg 2 w R2 F2 tgg 2 = tga1 HT *А w2 (3.28) где постоянная величина «А», зависит от геометрии проточной части и является размерной величиной 1 . мс 2 Видно, что при w =const. и НТ = const. каждому значению a1 (или ао) соответствует только одно! значение угла g2 (jлоп), при котором Г2=0, а, следовательно, теоретические потери энергии на выходе из РК минимальны. Связь между открытием НА и положением лопасти РК, обеспечивающую оптимальный режим работы, называют «комбинаторной зависимостью» и закладывают в САУ гидротурбины (см. рис. 3.6). Рис. 3.6 Комбинаторная зависимость ПЛ гидротурбины Достоверную «комбинаторную зависимость» обычно получают экспериментально и проверяют на натурном агрегате. Отметим, что при существенном изменении напоров станции, следует определять несколько «комбинаторных зависимостей» для различных условий работы. 5