Обоснование параметров турбин
Быстроходные турбины без увеличения диаметра рабочего колеса пропускают больший расход воды и дают большую мощность и частоту вращения. Однако такие турбины необходимо устанавливать на более низком уровне и располагать подошву здания ГЭС на более низкой отметке. Быстроходные турбины дают экономию затрат по оборудованию и увеличение затрат по зданию ГЭС, так как вследствие размещения его на более низких отметках увеличиваются объемы земельно-скальных выемок и бетона по зданию гидроэлектростанции.
Выбор типа турбины и обоснование ее параметров должны проводиться на основе технико-экономических расчетов. Из курса «Гидравлические машины» известно, что для радиально-осевой турбины (РО) используемый расход воды и мощность турбины принимаются предельно допустимыми (на линии 5 % запаса мощности). Для разных типов радиально-осевых турбин в [42, с. 147] даны значения приведенного расхода воды Qi, приведен-ной частоты вращения ti и коэффициента кавитации а.
Там же, на с. 144 даны соответствующие показатели для поворотнолопастных турбин.
Диаметр рабочего колеса турбины Du м, определяем по формуле, известной из курса «Гидравлические машины»: приведенный расход воды, м3/с, принимаемый для радиально-осевых турбин на линии 5% запаса мощности; Нр — расчетный напор, м; коэффициент полезного действия турбины при номинальной мощности и расчетном напоре; Qt — расход турбины, м3/с, при номинальной мощности и расчетном напоре.
Полученное по расчету значение диаметра Di округляется до ближайшего номенклатурного диаметра [42, с. 139].
Откладывая высоту отсасывания Hs от минимального расчетного уровня нижнего бьефа (вверх при положительном значении Hs и вниз — при отрицательном), определяем отметку (высотное положение) расчетной плоскости рабочего колеса. Зная высоту отсасывающей трубы турбины и толщину фундаментной плиты здания ГЭС, можно определить отметку основания здания. Необходимо помнить, что для радиально-осевых турбин с вертикальным валом расчетной считается нижняя плоскость направляющего аппарата, а для поворотно-лопастных турбин — ось поворота лопастей рабочего колеса; для радиально-осевых и поворотно-лопастных турбин с горизонтальным валом — горизонтальная плоскость, проходящая через верхнюю точку рабочего колеса турбины.
Принимая тип турбины с большим приведенным расходом воды, получим меньший диаметр D рабочего колеса турбины, большую частоту вращения агрегата п, но при этом потребуется увеличить заглубление здания ГЭС.
При нескольких вариантах тип турбины можно выбирать по минимуму приведенных затрат 3 = min, подсчитанных по зданию ГЭС с оборудованием. Если тип турбины влияет на другие сооружения гидроузла (плотину, шлюз и т. п.), необходимо учесть это влияние.
У поворотно-лопастных турбин (ПЛ) заданную мощность в ряде случаев можно получить, не меняя тип турбины, а изменив приведенный расход воды, диаметр рабочего колеса D и высоту отсасывания Hs.
Ниже приводятся результаты расчета для турбины ПЛ-50, которая должна дать номинальную мощность 40 МВт при расчетном напоре 36 м. Максимальный напор турбины 45 м, минимальный — 30,4 м.
Подсчитав объем земельно-скальных и бетонных работ по зданию ГЭС и стоимость оборудования (турбин,, генераторов и др.), можно по минимуму приведенных затрат определить экономически выгодный вариант.