9.1 Гидромашины

9.1.1 Выбор системы, мощности и типоразмера гидромашины и модификации рабочего колеса следует производить на основе государственных стандартов на гидравлические турбины. Для гидромашин, не вошедших в государственные стандарты, а также для вновь разрабатываемых модификаций необходимо использовать универсальные характеристики, подтвержденные заводом-разработчиком оборудования.

Использование универсальных характеристик новых систем и модификаций гидромашин, не подтвержденных заводом-разработчиком технической документации, допускается только на предпроектных стадиях проектирования.

При поставках гидромашин, поставщик должен четко обозначить неблагоприятные и запрещенные зоны работы гидромашины с целью предупреждения возможных аварийных ситуаций.

9.1.2 Гидромашины, системы регулирования и вспомогательное оборудование должны обеспечить надежную работу во всех режимах без вмешательства оперативного персонала.

9.1.3 Систему гидромашины для конкретной гидроэлектростанции рекомендуется выбирать в зависимости от максимального напора по таблице 9.1 с учетом заданных режимов работы и диапазона изменения напора.

Т а б л и ц а9.1

В отдельных случаях возможно применение РО турбин на напорах от 15 до 25 м по согласованию с заводом-изготовителем.

9.1.4 В том случае, если эффективная работа электростанции в заданном диапазоне используемых напоров может быть обеспечена гидромашинами нескольких систем, окончательный выбор должен производиться на основе технико-экономического сопоставления вариантов.

При выборе диапазона изменения напоров следует руководствоваться следующими соотношениями:

-для капсульных турбин ; (1)

-для осевых и диагональных поворотно-лопастных турбин ; (2)

-для радиально-осевых турбин ; (3)

- для ковшовых турбин ; (4)

-для насосов-турбин радиально-осевых ; (5) (для =100350 мин);

- для насосов - турбин диагональных . ….(6)

(для =200400 мин).

При большем диапазоне изменения напоров следует рассматривать применение двухскоростных гидроагрегатов.

Величины сопрягаемых частот вращения должны определяться с учетом рекомендаций разработчиков оборудования.

9.1.5 Число и единичная мощность гидроагрегатов должны выбираться для каждой конкретной электростанции на основе технико-экономического сравнения вариантов.

В расчетах необходимо учитывать влияние величины мощности агрегата на стоимость оборудования, стоимость строительной части, эксплуатационные затраты и водно-энергетические характеристики электростанций, обеспечение необходимых режимов работы электростанции в энергосистеме и на изолированного потребителя, в случае необходимости.

9.1.6 При равных показателях надежности и технико-экономических показателях с учетом эксплуатационных затрат следует принимать наибольшую технически возможную мощность с учетом соображений по унификации оборудования как по условиям изготовления, так и по условиям эксплуатации на каскаде.

Наибольшая технически возможная мощность гидромашины должна быть обоснована в результате анализа следующих факторов:

- характеристики энергосистемы и ее требований к режимам работы электростанции, в том числе к участию электростанции в покрытии пиков графика нагрузки, условиям аварийного отключения гидроагрегата и пропуска санитарного расхода;

- требований по режимам уровней воды в нижнем бьефе;

- геоморфологических и геологических условий створа гидроэлектростанций;

- наименьшего отрицательного влияния на окружающую среду;

- технологических возможностей изготовления, транспорта и монтажа оборудования;

- типа здания электростанции и конструкции водоподводящих устройств;

- возможности создания предтурбинных затворов.

9.1.7 При выбранной номинальной мощности гидроагрегата и заданных характеристиках синхронной машины гидромашина при напорах выше расчетного должна развивать мощность, обеспечивающую работу синхронной машины с активной мощностью, равной ее полной номинальной мощности.

9.1.8 Применение генератора мощностью выше номинальной для работы агрегата при напорах выше расчетного, в каждом конкретном случае, должно быть экономически обосновано дополнительной выработкой энергии и возможной экономией ремонтной мощности на электростанциях энергосистемы.

9.1.9 При выборе оборудования и составлении технического задания на разработку оборудования коэффициенты быстроходности, приведенные расходы и коэффициенты полезного действия (в зависимости от напора) должны быть не менее указанных в таблицах 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 9.6. Значения максимального коэффициента полезного действия, приведенные в таблицах 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, отнесены к модели рабочего колеса турбины диаметром 460 мм.

Т а б л и ц а9.2 - Осевые поворотнолопастные гидротурбины в горизонтальном (капсульном) исполнении

Т а б л и ц а 9.3 - Осевые поворотнолопастные гидротурбины в вертикальном исполнении

Т а б л и ц а 9.4 - Диагональные поворотнолопастные гидротурбины

Т а б л и ц а 9.5 - Радиально-осевые гидротурбины

Т а б л и ц а 9.6 - Ковшовые гидротурбины

П р и м е ч а н и е к таблицам 9.29.6: - Оптимальные значения приведенного расхода и приведенной частоты вращения соответствуют режиму максимального коэффициента полезного действия для рассматриваемой универсальной характеристики.

9.1.10 При определении параметров и габаритов, обратимых гидромашин для ГАЭС необходимо произвести технико-экономические расчеты по выбору их оптимальной быстроходности.

Для насосного режима величина быстроходности вычисляется по формуле:

(7)

где - , мин; , м/с; , м.

Для предварительной оценки быстроходности следует использовать эмпирическую зависимость n_sh= Значение показателя уровня быстроходности следует принимать не меньше 2500.

При выборе параметров обратимой гидромашины следует учитывать, что наибольший КПД имеют насос-турбины быстроходностью 170-230. Использование машин с <110 ведет к резкому снижению КПД агрегата.

Для турбинного режима величина быстроходности вычисляется по формуле:

(8)

где - n, мин; , кВт; , м.

Зависимость коэффициента быстроходности по насосному режиму от напора на предварительной стадии определяется по таблице 9.7.

Т а б л и ц а9.7 -Радиально-осевые насос-турбины

9.1.11 Приведенный расход при расчетном по мощности напоре и номинальной мощности должен определяться, как экономически целесообразная величина, по минимуму капитальных вложений и эксплуатационных затрат для конкретных условий размещения электростанции и выбранной модификации рабочего колеса с учетом изменения габаритов блока, веса оборудования, показателей надежности и требуемых высот отсасывания.

9.1.12 Технические задания на разработку новых систем турбин, обратимых гидромашин, а также новых модификаций существующих систем гидромашин следует выдавать только при наличии соответствующего технико-экономического обоснования и подтверждения завода-разработчика оборудования прогнозных характеристик разрабатываемого оборудования.

9.1.13 Основными расчетными параметрами гидромашин при заданных максимальном, расчетном по мощности и средневзвешенном по выработке напорах и мощности следует считать:

- номинальный диаметр рабочего колеса Д(м);

- диаметр осей лопаток направляющего аппарата Д(м) (для гидромашин вертикального исполнения);

- номинальную частоту вращения (мин);

- угонную частоту вращения (мин);

-коэффициент полезного действия максимальный (%);

- коэффициент полезного действия в расчетной точке (%);

- требуемая высота отсасывания (м);

- коэффициент быстроходности (мин);

- показатель уровня быстроходности .

9.1.14 Номинальный диаметр рабочего колеса гидравлической турбины должен определяться исходя из мощности гидроагрегата, экономически целесообразного значения приведенного расхода, определенного с учетом капитальных затрат, эксплуатационных издержек и обеспечения требуемых высот отсасывания, при расчетном по мощности напоре ГЭС и соответствующем ему значении коэффициента полезного действия.

Полученное значение номинального диаметра рабочего колеса гидромашины целесообразно округлять до ближайшего, рекомендованного значения в соответствии с государственным стандартом на гидромашины.

9.1.15 Номинальную частоту вращения гидроагрегата следует назначать из условия работы гидравлических турбин при средневзвешенном по выработке напоре с приведенной частотой вращения, соответствующей зоне максимального коэффициента полезного действия универсальной характеристики.

При назначении номинальной частоты вращения следует учитывать рекомендации заводов-разработчиков гидрогенераторов.

Номинальная частота вращения обратимых агрегатов определяется по насосному режиму исходя из условий размещения рабочего диапазона напоров в оптимальной зоне характеристики и заглубления рабочего колеса.

9.1.16 Требуемые высоты отсасывания на предпроектных стадиях следует принимать по модельным универсальным характеристикам существующих модификаций гидротурбин. На последующих стадиях эта величина уточняется предприятием-разработчиком гидротурбин.

Для обратимых гидромашин отметка рабочего колеса определяется по насосному режиму для наихудшего сочетания напора и уровня нижнего бассейна.

9.1.17 Выбор отметки установки реактивной гидромашины должен производиться по требуемым высотам отсасывания с учетом графика нагрузки гидроэлектростанции; условий неустановившегося режима в нижнем бьефе, в частности, времени наполнения бьефа, прогнозируемых размывов в нижнем бьефе; согласованной с Заказчиком и разработчиком оборудования допустимой величиной кавитационной эрозии и экономического сопоставления затрат на заглубление здания станции и последующее устранение кавитационной эрозии, а также изменения режимов работы гидроагрегата в разные периоды эксплуатации.

9.1.18 При выборе оборудования допустимая величина кавитационной эрозии должна определяться, в соответствии с рекомендациями Международной электротехнической комиссии, по объему внесенного металла, либо по глубине и площади кавитационных разрушений (публикация МЭК №60 609).

9.1.19 Пусковой напор на ГЭС ограничивается пределами поля универсальной характеристики и принимается по согласованию с заводами-разработчиками оборудования.

9.1.20 Необходимость ввода гидроагрегатов на пониженных напорах должна быть специально обоснована с учетом длительности наполнения водохранилища или строительного периода.

9.1.21 Для ГЭС, на которых предполагается работа гидроагрегатов в широком диапазоне рабочих напоров, или на которых предполагается достаточно длительная работа при пониженных пусковых напорах, следует рассматривать:

а) применение турбин двойного регулирования, в том числе диагональных поворотно-лопастных (для напоров до 150 м);

б) использование радиально-осевых гидротурбин со сменными рабочими колесами с большей быстроходностью, чем у штатных (при этом должно быть обеспечено соответствие разгонной частоты вращения сменного рабочего колеса с разгонной частотой вращения штатного генератора);

в) использование радиально-осевых гидротурбин с временными сменными генераторами, устанавливаемыми на фундамент штатного генератора. При этом должны быть обеспечены унификация и максимальная преемственность узлов временного и штатного генераторов;

г) комплексное использование временных рабочих колес и временных генераторов;

д) использование двухскоростного генератора, если это возможно по кратности применяемых частот вращения;

е) применение преобразователей частоты переменного тока, обеспечивающих возможность работы агрегата с переменной частотой вращения;

ж) применение асинхронизированных генераторов;

Принятая в проекте схема ввода электростанции на пониженных пусковых напорах должна быть подтверждена технико-экономическим расчетом.

9.1.22 Для ГЭС, где вода содержит взвешенные наносы диаметром частиц менее 0,25 мм с твердостью по шкале Мооса меньше 4, применение специальных мер по защите гидротурбины от истирания не требуется. При преобладании во взвешенных наносах частиц с твердостью по шкале Мооса 4 и более необходимо применение специальных мер по повышению износоустойчивости проточной части, что должно быть оговорено в исходных данных технического задания на разработку гидротурбинной установки.

Дополнительные затраты на обеспечение износоустойчивости проточной части гидротурбины должны сопоставляться с затратами на сооружение отстойника.

9.1.23 Тип, форма и габариты спиральной камеры, а также скорость во входном сечении спиральной камеры должны соответствовать отраслевым стандартам.

В тех случаях, когда для заданного максимального напора возможно применение двух типов спиральных камер, выбор их следует производить на основании технико-экономических расчетов.

Железобетонные спиральные камеры таврового сечения следует применять до максимального напора 80 м.

Железобетонные спиральные камеры в диапазоне напоров от 50 до 80 м следует выполнять с металлической облицовкой.

Металлические спиральные камеры круглого или эллиптического сечения с максимальным напором выше 100 м, для которых произведение максимального динамического давления (в килоньютонах на метр квадратный) в спиральной камере на диаметр входного сечения спирали (в метрах) равно или больше 12 000, следует рассматривать в сталежелезобетонном исполнении с передачей части нагрузки на железобетон.

Спиральные камеры гидротурбин при площади входного сечения менее 3 м²независимо от величины действующего напора должны выполняться металлическими круглого сечения.

9.1.24 Металлические спиральные камеры, полностью воспринимающие напор, а также металлические облицовки сталежелезобетонных спиральных камер, воспринимающие напор частично, должны подвергаться до бетонирования гидравлическому испытанию на соответствующую величину испытательного давления.

Допускается предусматривать возможность совместного испытания спиральной камеры с напорным водоводом.

В отдельных специально обоснованных случаях, по согласованию с Заказчиком, гидравлические испытания могут быть заменены контролем 100% длины сварных швов методом гаммаграфирования по техническим условиям испытаний, разработанным заводом-изготовителем оборудования.

9.1.25 Тип, форма и габариты отсасывающей трубы должны соответствовать стандартам.

Высоту изогнутых отсасывающих труб для насосов-турбин следует принимать не менее 2,5 Д.

Для горизонтальных гидравлических турбин прямоосные отсасывающие трубы следует принимать длиной (4,5₊5,0) Д₁ с углом конусности в пределах 1316°. Форма сечения может быть круглой, овальной с переходом на прямоугольное сечение.

9.1.26 Верхняя кромка выходного сечения отсасывающей трубы должна быть заглублена не менее чем на 0,5 м ниже минимального уровня нижнего бьефа, при котором возможна работа гидравлических турбин.

9.1.27 Отсасывающая труба должна иметь металлическую облицовку конуса, а в обоснованных случаях - и колена.