Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра: возобновляющихся источников энергии и гидроэнергетики
Курсовой проект
«Здания ГЭС»
Выполнил:
ст. гр. 5013/1
Радаева К.Д.
Проверил:
Фролов В.В.
Санкт-Петербург
2010
Паспорт объекта
Геология в основании здания ГЭС: скала;
Нормальный подпорный уровень (НПУ): 162 м;
Уровень мёртвого объёма (УМО): 158 м;
Расчётный расход воды в реке после возведения ГЭС: максимальный - 2800м3/с; минимальный - 90м3/с;
Пропускная способность всех турбин ГЭС: 540 м3/с;
Количество агрегатов: 6;
Расход одного агрегата ГЭС: 90 м3/с;
Максимальный напор ГЭС: 38,9 м;
Минимальный напор ГЭС: 33,5 м;
Рабочий напор ГЭС: 37,6 м;
Тип турбины и тип рабочего колеса: РО45;
Диамерт рабочего колеса: 3,35 м;
Синхронная частота вращения турбины: n=150 об/мин;
Установленная мощность турбины: N=30,777 мВт;
Отметка рабочего колеса: 125,5 м;
Тип генератора: ВС 563/80-40;
Тип трансформатора: ТДТН-40000/220;
Тип маслонапорной установки: МНУ 1-1/ 40;
Связь с энергосистемой: 200 км, напряжение ЛЭП – 220 кВ.
Оглавление
1 Построение кривой связи 4
2 Основные параметры турбины. 5
2.1 Выбор типа рабочего колеса. 5
2.2 Гидротурбина ПЛ 40. 5
2.2.1 Выбор диаметра рабочего колеса. 5
2.2.2 Определение синхронной частоты вращения. 6
2.2.3 Определение зоны работы гидротурбины. 7
2.2.4 Высота отсасывания гидротурбины 8
2.3 Гидротурбина РО45. 8
2.3.1 Выбор диаметра рабочего колеса. 8
2.3.2 Определение синхронной частоты вращения. 9
2.3.3 Определение зоны работы гидротурбины. 10
2.3.4 Высота отсасывания гидротурбины 11
3 Выбор генератора и определение его параметров. 11
4 Определение параметров вала. 14
5 Выбор трансформатора 15
6 Выбор грузоподъемного оборудования. 16
7 Выбор маслонапорной установки 16
Заключение 17
Литература: 18
Приложение 19
Пропускная способность 1 агрегата:
Q1 агр=QГЭС/n=540/6=90м3/с.
Для определения схемы напора построим кривую связи расходов и уровней воды (рис. 1).
По построенной кривой находим отметки нижнего бьефа при разных расходах:
Зная уровни НПУ и УМО, определяем необходимые напоры ГЭС:
максимальный напор:
(2.1)
H max =162,0 – 123,1=38,9м,
минимальный напор:
(2.2)
Hmin=158-124,5=33,5м,
расчетный напор:
(2.3)
=37,6м
По полученным данным строим схему напоров (рис. 2).
Выбор типа гидротурбины работы производится по максимальному напору и мощности ГЭС. По таблице 1.1 [1] выбираем подходящие типы турбин. Таким образом, для напора 38,9м выбираем гидротурбины ПЛ 40 и РО 45. Для расчета гидротурбин воспользуемся учебным пособием [1].
Определим мощность турбины агрегата ГЭС:
(3.1)
Диаметр рабочего колеса D1 (м) гидротурбины определяется по формуле:
, (3.2)
где - мощность одной турбины агрегата ГЭС, кВт;
-приведенный расход в расчётной точке ;
- КПД натурной турбины, соответствующий ее работе в расчетной точке.
(3.3)
(3.4)
- приведенный расход в оптимуме универсальной характеристики
- расчетный напор гидротурбины:
Полученное значение диаметра рабочего колеса округляем до ближайшего стандартного, т.о. .
Определим приведенный расход, соответствующий выбранному диаметру и рабочему напору:
(3.5)
Частота вращения турбины предварительно определяется по формуле:
, (3.6)
где – оптимальная приведенная частота вращения турбины, определяется по формуле
(3.7)
где и - максимальное значение КПД, соответственно, натурной турбины и модели;
- оптимальная приведенная частота вращения модели.
и определяем с помощью универсальной характеристики.
(3.8)
причем
, (3.9)
где – диаметр рабочего колеса модельной гидротурбины, м;
– диаметр рабочего колеса натурной гидротурбины, м;
– напор модельной гидротурбины, м (=4 м);
– рабочий напор натурной гидротурбины, м.
об/мин
об/мин
По табл.1.6 [1] выбираем ближайшую синхронную частоту вращения =230,8об/мин.
Для дальнейших расчетов необходимо найти поправки по КПД и по приведенной частоте вращения, учитывающие увеличение этих характеристик натурной турбины по сравнению с моделью за счет масштабного эффекта.
об/мин.
Пересчитаем значения кпд и установленной мощности:
Определим зону работы ограничения по приведённой частоте вращения двумя горизонтальными линиями вращения:
По значениям и на универсальной характеристике гидротурбины нанесем горизонтальные линии и проведем визуальную оценку расположения зоны работы
, (3.10)
Приведенный расход при максимальном напоре равен:
Определив диаметр рабочего колеса и частоту вращения проектируемой гидротурбины, убедимся в правильности выбранных значений. Для этого нанесем зону работы на универсальную характеристику (рис. 3).
Для определения высоты отсасывания при курсовом проектировании воспользуемся следующей формулой:
(3.11)
где =1,1 – коэффициент запаса
- кавитационный коэффициент турбины с универсальной характеристики
- напор турбины
- отметка воды в нижнем бьефе.
Все вычисления сводим в таблицу 1.
Таблица 1
|
Н, м |
Нs, м |
отметка оси р.к. |
|
|
33,5 |
0,43 |
-6,0 |
117,1 |
|
37,6 |
0,44 |
-8,3 |
114,8 |
|
38,9 |
0,41 |
-7,7 |
115,4 |
Выбираем максимальную высоту отсасывания по модулю
Диаметр рабочего колеса D1 (м) гидротурбины определяется по формуле:
, где
- мощность одной турбины агрегата ГЭС, кВт;
-приведенный расход в расчётной точке ,;
- расчетный напор гидротурбины, м;
- КПД натурной турбины, соответствующий ее работе в расчетной точке:
Мощность турбины агрегата ГЭС:
Полученное значение диаметра рабочего колеса округляем до ближайшего стандартного, т.о. .
Определим приведенный расход, соответствующий выбранному диаметру и рабочему напору:
Частота вращения турбины предварительно определяется по формуле:
,
где – оптимальная приведенная частота вращения турбины, определяется по формуле
где и - максимальное значение КПД, соответственно, натурной турбины и модели;
- оптимальная приведенная частота вращения модели.
и определяем с помощью универсальной характеристики.
причем
,
где – диаметр рабочего колеса модельной гидротурбины, м;
– диаметр рабочего колеса натурной гидротурбины, м;
– напор модельной гидротурбины, м (=4 м);
– рабочий напор натурной гидротурбины, м.
об/мин
об/мин
По табл.1.6 [1] выбираем ближайшую синхронную частоту вращения =150об/мин.
Для дальнейших расчетов необходимо найти поправки по КПД и по приведенной частоте вращения, учитывающие увеличение этих характеристик натурной турбины по сравнению с моделью за счет масштабного эффекта.
об/мин.
Пересчитаем значения кпд и установленной мощности:
Определим зону работы ограничения по приведённой частоте вращения двумя горизонтальными линиями вращения:
По значениям и на универсальной характеристике гидротурбины нанесем горизонтальные линии и проведем визуальную оценку расположения зоны работы
,
Приведенный расход при максимальном напоре равен:
Определив диаметр рабочего колеса и частоту вращения проектируемой гидротурбины, убедимся в правильности выбранных значений. Для этого нанесем зону работы на универсальную характеристику (рис. 4).
Для определения высоты отсасывания воспользуемся следующей формулой:
,
где =1,1 – коэффициент запаса
- кавитационный коэффициент турбины с универсальной характеристики
- напор турбины
- отметка воды в нижнем бьефе.
Все вычисления сводим в табл. 2.
Таблица 2
|
Н, м |
Нs, м |
отметка оси р.к. |
|
|
33,5 |
0,18 |
3,2 |
126,3 |
|
37,6 |
0,18 |
2,4 |
125,5 |
|
38,9 |
0,16 |
3,0 |
126,1 |
Выбираем минимальную высоту отсасывания
Из рассмотренных гидротурбин выбираем ту, для которой требуется меньшая по модулю высота отсасывания – РО45. Отметка установки рабочего колеса – 125,5м.
Активная мощность гидрогенератора:
(4.1)
Синхронная частота вращения:
=150 об/мин
Определяем полную мощность генератора:
(4.2)
- коэффициент мощности, для гидрогенераторов мощностью менее 125МВт равен 0,8.
Расчетная мощность вычисляется по формуле:
(4.3)
- коэффициент, зависящий от .
Число пар полюсов:
2p=2f60/n0=2·50·60/150=40.
Затем определяется удельная нагрузка, т. е. кажущаяся мощность, приходящаяся на один полюс:
(4.4)
В генераторостроении существует понятие «полюсное деление» это длина внешней дуги обода ротора, приходящаяся на один полюс.
где: коэффициенты и взяты из таблицы 12.3 [2].
Для системы охлаждения непосредственно водяного обмоток статора и непосредственно воздушного обмоток ротора А=0,451, =0,239.
Вычисляем диаметр ротора:
(4.5)
Необходимо проверить, не будет ли при этом диаметре превышаться предельная окружная скорость ротора в разгонном режиме, которая составляет м/с для генераторов кажущейся мощностью МВА.
(4.6)
- коэффициент разгона для турбины РО45 равен 2 (табл. 1.7 [1]).
Условие выполнено.
Диаметр ротора не должен быть меньше диаметра шахты Dш турбины плюс некоторый запас для проведения монтажных работ, который для зонтичных генераторов с опорой на крышку турбины равен 0,2м.
(4.7)
Диаметр шахты турбины примем равным внутреннему диаметру кромок статора турбины Dш=4,7м.
.
Для того чтобы определить длину активной стали , необходимо определить – коэффициент машины, зависящий от удельной нагрузки на полюс и способа охлаждения:
(4.8)
коэффициенты R и y взяты из таблицы 12.3 [2]
Длина активной стали:
(4.9)
Принимаем =80см.
Высота активной стали должна превышать полюсное деление в 1,5-4р:
,
условие выполнено.
Так как >5 принимаем зонтичное исполнение генератора.
Принимаем основные размеры генератора:
Высота корпуса статора ;
Диаметр корпуса статора ;
Диаметр активной стали статора ;
Высота верхней крестовины ; Диаметр лучей верхней крестовины ;
Высота подпятника ;
Диаметр кожуха подпятника ;
Диаметр шахты принимаем конструктивно ;
Высота нижней крестовины ; Диаметр лучей нижней крестовины ;
Высота надстройки ;
Диаметр надстройки ;
Диаметр кратера ;
Общая масса генератора:
(4.10)
где для зонтичных генераторов
Масса ротора с валом составляет 50-55% общей массы генератора
По результатам расчета маркируем генератор СВ563/80–40.
По полученным результатам строим габаритную схему генератора (рис. 6).
Вал – одна из наиболее ответственных деталей гидроагрегата. Вал представляет собой цилиндрическую поковку из стали 40 или 20ГС с центральным осевым отверстием и с фланцами на концах.
Внешний диаметр вала вертикальных гидроагрегатов выбирается в зависимости от крутящего момента и округляется до ближайшего меньшего нормального размера:
(5.1)
где N – мощность, передаваемая валом, кВт;
n – номинальная частота вращения вала, об/мин.
,
По кривой на рис.IV.64 и табл. IV.38 стр.176 [2] принимаем внешний диаметр:
Внутренний диаметр:
(5.2)
где - максимальное допустимое напряжение на кручение, =450кг/см2
Округляем до ближайшего нормального значения -
1) Проверка вала на предельное значение напряжения на кручение
Условие выполняется.
2) Проверка на прочность с учетом осевых усилий.
(5.3)
где - напряжение растяжения, кг/см2
- напряжения кручения, кг/см2
, (5.4)
Для расчета осевого усилия Р воспользуемся учебным пособием [1].
Р = РОСГ + 1,1(GРК + GВТ + GРГ + GВГ), (5.5)
где РОСГ – гидравлическая составляющая осевого усилия;
GРК – вес рабочего колеса гидротурбины;
GВТ – вес вала гидротурбины;
GРГ – вес ротора генератора;
GВГ – вес вала генератора.
РОСГ = КОС D12 HMAX , (5.6)
где КОС=4,1 кН/м3 -коэффициент, определяемый приближенно системой турбины и типом рабочего колеса (табл.1.8 стр.27) [1];
РОСГ=кН =179т
Вес рабочего колеса и вес вала турбины определяются конструкцией гидротурбины. Для приближенного их подсчета воспользуемся следующими формулами
GРК=КD13 (5.7)
где К= 4,9…6,4 кН/ м3 для РО гидротурбин, принимается К=4,9.
GРК=4,9·3,353=184 кН=18,4т
GВТ = (0,6…1,3) GРК (5.8)
GВТ =0,618,4 =11,1т
Вес ротора генератора и вес вала генератора определены в пункте 4.
GРГ + GВГ = 123,9т
РОС =179+1,1(18,4+11,1+123,9)=348,74т.
Наибольшая длина линии электропередачи 200 км. Следовательно, напряжение необходимо повышать на 220 кВ. схема электрического соединения – блочная. Трансформатор выбираем по мощности и по напряжениям.
Критериями выбора трансформатора являются:
1.низшее напряжение =11кВ;
2.высшее напряжение =220кВ;
3.полная мощность S=36,93 МВА.
По лит. [4] выбираем трансформатор ТДТН-40000/220.
его характеристики:
4.низшее напряжение =11кВ;
5.высшее напряжение =230кВ;
6.номинальная мощность S=40МВА;
7.ширина =5,4м;
8.длина =11,1м;
9.высота =7,51м;
10.масса =169,8т;
Для производства подъемно-транспортных операций при монтаже и ремонте гидроагрегатов и вспомогательного оборудования используется электрический мостовой кран, который расположен в машинном зале. Грузоподъемность крана определяется наибольшей массой неразборного элемента переносимого оборудования, т.е. ротора генератора с валом генератора.
Параметры и размеры мостового крана назначаем в соответствии со справочным пособием по таблице 4.1 стр.49 [5].
Выбираем кран с грузоподъемностью 125 т.
1. Грузоподъемность главного крюка 125 т;
2. Грузоподъемность вспомогательного крюка 20 т;
3. Пролет крана 13м;
4. H=4000.
По полученным данным строим мостовой кран (приложение №7).
Наиболее крупными элементами (по габаритам) системы регулирования гидротурбин является маслонапорная установка (МНУ). Она обеспечивает подачу масла под давлением в гидродвигатели системы регулирования турбин.
МНУ состоит из масловоздушного котла и сливного бака.
Габаритные размеры маслонапорной установки определяются объемом масловоздушного котла, зависящего от суммарного объема сервомоторов, обслуживаемых от одной МНУ. [4]
(8.1)
где – давление в котле, =4 кПа;
– работоспособность сервомоторов, обслуживающих направляющий аппарат, определяется по формуле:
(8.2)
где – коэффициент, зависящий от типа рабочего колеса: для РО турбин =0,03…0,04, примем =0,03;
– максимальный напор, =38,9м;
– диаметр рабочего колеса, = 3,35 м;
– высота направляющего аппарата, =1,17м.
объемный вес воды: .
МНУ должна содержать запас масла, обеспечивающий работу системы регулирования при самых неблагоприятных режимах работы сервомоторов. Поэтому объем масловоздушного котла немного превышает объем обслуживающих МНУ.
Объем котла составляет:
(8.3)
м3,
По табл. 7 стр. 23 [4] выбираем МНУ 1-1/40, габаритные размеры:
H=1980 мм, h=350 мм, D=960 мм, G=1,5т.
Сливной бак:
Нб=990 мм, В=1800 мм, А=1250 мм, L=1600 мм, G=2,8т.
В курсовой работе нами было запроектировано здание ГЭС приплотинного типа. Данная станция имеет 6 агрегатов с пропускной способностью 90 м3/с каждый. В проекте мы подобрали тип турбины, размер ее рабочего колеса, гидрогенератор, трансформатор, грузоподъемное, механическое и вспомогательное оборудование.
Были выполнены следующие чертежи: поперечный разрез здания ГЭС с водоприемником, продольный разрез, план-разрез на разных отметках, а также на топографическом планшете были скомпонованы основные сооружения ГЭС.
1. А.И. Бусырев, Г.И. Топаж «Лопастные гидромашины. Выбор основных параметров и элементов проточной части реактивных гидротурбин», учебное пособие.СПбГПУ, 2007.
2. Карелин В. Я., Кривченко Г.И. Гидроэлектрические станции. Учебник для вузов. – Москва: Энергоатомиздат, 1987.
3. Справочник конструктора гидротурбин/ Под ред. Н.Н. Ковалева – Л.: Машиностроение. 1984г.
4. Мустафин Х.Ш., Васильев Ю.С. Выбор основного оборудования зданий гидроэлектростанций. – Куйбышев: Гос. ун-т, 1979г.
5. Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудование ГЭС/ Под ред. Ю.С. Васильева и Д.С. Щавелева – М.:Энергоатомиздат. Т.1, 1988, т.2, 1990г.
6. Васильев Ю.С., Саморуков И.С., Хлебников С.Н. Основное энергетическое оборудование гидроэлектростанций. Состав и выбор основных параметров: Учебное пособие. СПб, СПбГПУ, 2002г.
7. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций. М.: Энергоатомиздат, 1989г.
|
Qmax |
2800 |
127,5 |
|
QГЭС |
540 |
124,5 |
|
Q1агр |
90 |
123,1 |
|
Qmin |
90 |
123,1 |