Комплексное использование и охрана водных ресурсов - Юшманов О.Л.
Скачать (прямая ссылка):
а
Рис. 3.13. Рабочие колеса и рабочие характеристики пропеллерной (а) и поворотнолопастной (б) турбин:
1 — втулка рабочего колеса; 2 — лопасти турбины; 3 — поворотные втулки лопастей; 4 — зоны высоких КПД турбины; 5 — характеристики пропеллерных режимов турбины при различных углах установки лопастей.
Поворотно-лопастные турбины имеют самую высокую быстроходность (/2.5=350...1 200), и применяют их при напорах от 4 до 60 м. Они установлены на гидроэлектростанциях Волжского и Днепровского каскадов и многих других ГЭС. Здание ГЭС с ПЛ турбинами показано на рисунках 3.17 и 3.22.
Элементы реактивных турбин. Для создания благоприятного направления потока на лопасти рабочего колеса и регулирования расхода турбины в соответствии с заданной мощностью предназначен направляющий аппарат. У активных турбин направляющим аппаратом является сопло с регулирующей иглой (см. рис. 3.10). У реактивных турбин направляющий аппарат состоит из поворотных лопаток обтекаемой формы, расположенных между опорными кольцами (см. рис. 3.11). Поворот лопаток осуществляется с помощью регулирующего кольца 2, приводимого в движение на крупных ГЭС двумя сервомоторами (цилиндрами с поршнями, в которые подается масло под давлением). При развороте лопаток просвет между ними изменяется, чем
осуществляется регулирование расхода турбины. Этот просвет ао, измеряемый в миллиметрах, называется от-крытием направляющего аппарата. Для того чтобы лопатки направляющего аппарата не были зажаты между опорными кольцами, устанавливают второй, более редкий ряд неподвижных лопаток 4, называемых статорными колоннами. Статорные колонны на низконапорных ГЭС воспринимают также нагрузку от расположенных выше конструкций генератора и от осевого давления потока на рабочее колесо турбины (см. рис. 3.17).
Турбинные камеры служат для подвода воды к направляющему аппарату. В малых установках с напорами до 8..Л0 м используют наиболее простые открытые турбинные камеры прямоугольной формы в плане (см. рис. ЗЛ2).
Для крупных гидротурбин (при D 1^1,6 м) используют закрытые турбинные камеры. При напорах до 35... 40 м их делают бетонными, спиральными, с углом охвата |3=135..,225° (см. рис. ЗЛ7). Сечение спирали — тавровое. По конструктивным соображениям оно может быть вытянуто вверх или вниз.
При больших напорах (Я^40.*.50 м) турбинные камеры делают металлическими (см. рис. 3.11). Выполняют их также спиральными, но поперечное сечение улитки круглое. На крупных станциях турбинные камеры заделывают в бетон (см. рис. ЗЛ8).
Отсасывающая труба является неотъемлемой частью реактивных турбин и играет очень важную роль в использовании энергии водотока. В реактивных турбинах вода сходит с рабочего колеса еще с достаточно большой скоростью (до 10 м/с) и, следовательно, несет значительное количество неиспользованной кинетической энергии. На низконапорных ГЭС она может составлять 50 % энергии подведенного потока. Для использования этой энергии отсасывающую трубу делают расширяющейся к выходу, благодаря чему давление под рабочим колесом снижается на разность скоростных напоров во входном и выходном сечениях, что равносильно увеличению напора на эту величину.
Кавитация и допустимая высота отсасывания. Кавитация — это явление, связанное с холодным вскипанием воды. Известно, что температура кипения воды зависит от давления. Чем меньше давление, тем при более низкой температуре она закипает.
При температуре 20 °С вода закипит, если давление сни-, зится до 24 кПа, то есть станет почти равным нулю.
При вскипании воды в потоке образуются пузырьки пара. Пар, когда эти пузырьки попадут в зону, где давление больше упругости водяных паров при данной температуре, конденсируется, образуя пустоты. Эти пустоты моментально смыкаются, и происходит гидравлический удар с повышением давления до нескольких мего* паскалей. Если пустоты смыкаются на поверхности металла или бетона, то она воспринимает эти удары и разрушается.
Очагом кавитации в турбинах обычно является тыльная сторона лопастей турбин, где давление, близкое к нулю, образуется за счет разрежения, создаваемого отсасывающей трубой, и за счет отжима потока на выпуклой поверхности лопастей.
Разрушению элементов турбин способствуют также сопутствующие кавитации явления: выделение из воды в зоне разрежения кислорода, повышение температуры, вибрация. При сильно развитой кавитации турбины могут выйти из строя через 1...2 года. Разрушительное действие кавитации можно уменьшить, если применять специальные высокопрочные материалы и тщательно обрабатывать поверхность. При кавитации появляется шум, снижаются КПД и пропускная способность турбин.
Избежать кавитации можно, если не допускать снижения давления за пределы упругости водяных паров. Этого можно достичь без ущерба для выработки электроэнергии путем уменьшения высоты отсасывания Hs, но при этом ухудшаются условия строительства и эксплуатации ГЭС.
Предельную высоту поднятия турбины над уровнем нижнего бьефа находят из формулы (м):
На < 10 — — он, (3.14)
