Расчет гидроэлектростанции

ГЭС и ГМ.dwg

заградительные ворота
Рис. 11. Поперечный профиль камеры. М 1:200
Рис. 12. Армирование стены камеры. М 1:100
Рис. 1. Входное сечение спиральной камеры
Рис. 2. Графо-аналитический расчет спиральной камеры
Рис. 3. Зависимости изменения угла охвата и расхода воды в спиральной камере
Рис. 4. Очертание спирального канала в плане
Рис. 5. Изогнутая отсасывающая труба
Рис. 6. Схема к определению положения ригелей
низ отсасывающей трубы
Интегральная кривая давления воды
Рис.8. Элементы затвора а) ригель б) стрингер
Рис. 7. Затвор отсасывающей трубы ГЭС
Рис. 9. Здание ГЭС несовмещенного типа
План гидроузла на реке масштаб 1:20000
Рис. 11. Продольный разрез гидроузла

Пояснительная записка.docx

Гидравлический расчет бетонной спиральной камеры 3
Гидромеханический расчет спиральной камеры .. . .. 5
Отсасывающие трубы и их основные размеры .. .10
Выбор типа и определение основных размеров затвора отсасывающей трубы. . 12
Выбор конструкции и установление основных размеров здания ГЭС.. . 21
Список использованной литературы 25
Гидравлический расчет бетонной спиральной камеры.
Выбор формы поперечного сечения спиральной камеры.
Высота направляющего аппарата:
Радиус окружности проведённой по входным кромкам статорных колонн:
Радиус окружности проведённой по выходным кромкам статорных колонн:
Угол нижней частей спиральной камеры при переходе к статору принимаются равными:
Предварительное определение размеров входного сечения.
Так как расчетный напор Н = 8 м то следовательно 0 = 180о
Высота входного сечения:
Предварительные размеры входного сечения спиральной камеры представлены на рисунке 1.
Гидромеханический расчет спиральной камеры.
В основу расчета спиральных камер положены следующие условия:
В качестве расчетного принимается расход QT обеспечивающий получение ее номинальной мощности при расчетном напоре:
Во входном сечении спиральной камеры расчетный расход определяется равным:
Вода должна подаваться равномерно по всей окружности направляющего аппарата поэтому радиальная составляющая скорости потока при входе в направляющий аппарат предполагается постоянной и равной:
Расход воды уменьшается по пути движения в спиральной камере в зависимости от
Окружная или циркуляционная скорость в любой точке подчиняется закону постоянства площадей:
где r – расстояние от оси турбины до рассматриваемой точки;
Изменение расхода воды и угла охвата спирали в любом сечении может быть определено по выражениям:
где S0 – интеграл входного сечения
Si – интеграл в любом сечении спирального канала
Решение данных уравнений производится графо-аналитическим методом. Для этого входное сечение спирали разбивается на несколько произвольных сечений с радиусом ri и строится зависимость (рис. 2).
Для этого составляем вспомогательную таблицу:
По найденным на графике значениям интегралов Si для каждого сечения определяем соответствующие им значения расходов и углов охвата. Расчёт приведён в таблице 2.
Расчёт координатных углов φi и расходов Qi
По полученным значениям строят зависимости Qi = f (ri) и φi = f (ri) (рис. 3). По значениям кривой φi = f (ri) строится очертание спирального канала в плане (рис. 4). При построении принимаются значения радиусов ri для соответствующих значений Δφ равным 15°
Значения углов и радиусов сведены в таблицу 3.
Отсасывающие трубы и их основные размеры
Отсасывающие трубы определяют габариты подводной части здания ГЭС и оказывают существенное влияние на энергетические показатели и условия надежной работы гидроагрегата. Они обеспечивают:
- преобразование значительной части кинетической энергии потока в энергию давления особенно в турбинах повышенной быстроходности;
- полное использование перепадов уровней между верхним и нижним бьефами ГЭС;
- благоприятные условия отвода воды от гидромашины в нижний бьеф.
Изогнутые отсасывающие трубы используются для крупных гидроагрегатов с вертикальной осью вращения. Основными элементами труб рассматриваемого типа являются: входной диффузор колено и отводящий диффузор.
Входной диффузор является связующим звеном между камерой рабочего колеса и коленом колено обеспечивает поворот в горизонтальное направление с наименьшими потерями энергии а в отводящем диффузоре (в основном на его начальном участке) частично восстанавливается кинетическая энергия. Выход потока в нижний бьеф производится с меньшими скоростями по сравнению с начальным участком отводящего диффузора.
Основными размерами изогнутых отсасывающих труб являются их высота h и длина Lтр. Для поворотно-лопастной турбины ПЛ-10 принимаю:
В соответствии с отраслевым стандартом размеры изогнутых отсасывающих труб унифицированы. Для расчетного напора H=8м принимаю следующие размеры отсасывающей трубы:
Диаметр входного отверстия м
Высота входного отверстия м
Высота выходного отверстия м
Выходной диффузор отсасывающей трубы расположен горизонтально относительно дна. Угол расширения конуса принимается равным:
Высоту камеры турбины принимают равной
Радиусы колена принимаются равными:
r = 066Д1=066·75=495м;
R = 094 Д1=094·75=705м.
Отсасывающая труба представлена на рис. 5
Выбор типа и определение основных размеров затвора отсасывающей трубы ГЭС. Определение тягового усилия для подъема затвора.
Затворы отсасывающей трубы служат для ремонта ГЭС.
Затвор ригельный ставится на дно отсасывающей трубы и испытывает гидростатическое давление воды при уровне паводка в нижнем бьефе.
Ригели по высоте ворот распределяются так чтобы они были равно нагружены. Для определения положения ригелей по высоте строится эпюра расчетного гидростатического давления на 1п.м. затвора и интегральная кривая давления воды. Каждая точка интегральной кривой равна площади вышерасположенной части эпюры гидростатического давления.
Построение эпюры расчетного гидростатического давления.
Ординаты эпюры - где
g=981мс² – ускорение свободного падения;
Составим вспомогательную таблицу для построения интегральной кривой по формуле
гдеглубина измеряемая от верха отсасывающей трубы.
Построение интегральной кривой давления на 1п.м
Задаемся расстоянием между ригелями .
Тогда число ригелей: . Принимаем .
Нижняя ордината интегральной кривой разбивается на (n-1) равных отрезков и графически определяется положение равно загруженных ригелей.
Схема к определению положения ригелей представлена на рис. 6.
Задаемся расстоянием от верхнего ригеля до конца затвора :
Расстояние до нижнего ригеля должно поддаваться условию :
Расстояние между осями рельса находится в пределах:
Поперечная сила действующая на ригель:
Изгибающий момент в ригеле:
Условия ограничивающие включение обшивки в ригель:
а) Из условия устойчивости обшивки в поперечном сечении ригеля с каждой стороны включается ширина обшивки не более 015:
б) Проверяем ригель на изгиб по I группе предельных напряжений:
где M – момент в ригеле Нм;
W – момент сопротивления м3;
=100 – коэффициент условия работы;
=125 – коэффициент надежности по назначению (для IVкласса сооружений).
Определяется оптимальная по расходу материала высота сечения:
Определяется высота сечения из условия максимально допустимого относительного прогиба ригеля :
где Е – модуль упругости стали С255 (Е=210 Гпа).
Толщина стенки t определяется из условия ее прочности на срез по касательным напряжениям:
где – расчетное сопротивление стали на сдвиг (;
Задаваясь tп определяем требуемую площадь пояса:
Обшивка опирается на ригели и стрингеры и работает на местный изгиб в пролете между точками опирания. Таким образом в качестве расчетной схемы обшивки можно принять балку – полоску единичной ширины упруго опирающуюся на стрингер и нагруженную распределенной нагрузкой:
где – эпюра гидростатического давления.
Момент действующий между двумя стрингерами определяется по формуле:
Опорами стрингера являются поперечные элементы затвора – диафрагмы. Диафрагмы располагаются на расстоянии d друг от друга (d=Lр6).
Гидростатическое давление на стрингер:
Осредненная нагрузка между двумя пролетами:
Момент определяется по формуле:
Сводная таблица значений гидростатического давления распределенной нагрузки и моментов
Определяем требуемый момент сопротивления:
По сортаменту подбираем швеллер № 40 (рис. 8).
Определение усилий для подъема затвора.
Собственный вес затвора:
где - площадь перекрываемого отверстия;
Силы трения в опорах:
где: - гидростатическое давление воды на 1п.м. затвора;
- коэффициент трения фторопласта по нержавеющей стали;
Силы трения в уплотнениях:
где: - ширина уплотнения;
- коэффициент трения резины по металлу;
Сила гидродинамического сопротивления в момент отрыва затвора от дна отсасывающей трубы:
Усилие для подъема затвора:
где и - коэффициенты запаса;
Мощность привода затвора N определяется по формуле:
где 001634 - переводной коэффициент;
- скорость подъёма затвора равная 045 ммин;
- коэффициент полезного действия привода равный 080.
Усилие для опускания затвора:
где - коэффициент запаса;
Т.к. то собственного веса затвора недостаточно поэтому необходим балласт весом:
Выбор конструкции и установление основных размеров здания ГЭС. Компоновка здания ГЭС в составе комплексных гидроузлов.
Основными факторами определяющими конструктивные параметры здания ГЭС являются тип гидроагрегата и условия размещения здания в составе гидроузла.
На конструкцию и размеры здания ГЭС существенное влияние оказывают габариты агрегатов их число размеры турбинных камер отсасывающих труб и условия пропуска паводковых вод.
Принимаю конструкцию гидроэлектростанции плотинного типа.
Длина агрегата Lагр. отсчитывается от входного сечения турбинной камеры до выходного сечения отсасывающей трубы:
Ширина агрегата определяется равной
где t = 20 м – толщина стенок в месте расположения агрегата.
Поперечное сечение здания ГЭС представлено на рис. 9.
Общая ширина здания ГЭС на плане реки определяется равной
где m=8 – заданное число агрегатов.
Для определения размеров в плане водосливной плотины необходимо выполнить распределение заданного максимального расхода воды по водопропускным сооружениям (ГЭС плотина и шлюз)
Расход пропускаемый в паводок через все турбины гидроэлектростанции определяют по зависимости
где α = 08 – коэффициент учитывающий возможность ремонта части агрегатов в период пропуска паводка;
Нп – напор на ГЭС при пропуске паводка:
Qр – расход через все турбины при расчетном значении напора Н:
Здесь N – заданная мощность всей ГЭС в МВт.
Расход воды через шлюз определяется выражением:
Число односторонних n0 и двухсторонних nd шлюзований принимают в долях от заданного общего числа шлюзований:
а объем сливной призмы V – по известным размерам шлюза
Расход воды пропускаемый через водосбросные отверстия в здании:
Ширина водосливного фронта:
где -удельный расход воды на гребне водослива:
где -коэффициент подтопления (при истечении в атмосфере равен 1)
-коэффициент расхода зависящий от формы водослива
Компоновка гидроузла представлена на рис. 10. и рис. 11.
Гапеев А. М. Гидроэлектростанция в составе гидроузла. Методические указания. – СПБ.:СПГУВК 2011. – 65 с.
Гидротехнические сооружения (в двух частях). Ч.2: Учебник для студентов вузов Под ред. Гришина М. М. – М.: Высшая школа 1979. – 336 с.
Кононов В. В. Речные гидротехнические сооружения: Методические указания В. В. Кононов. – СПБ.: ФГОУ ВПО СПГУВК 2007 -92с.