2.2 Методика расчёта

Расчётами должны быть определены следующие параметры: размеры колеса турбины, направляющего аппарата, напорного и безнапорного водоводов, частота вращения и мощность турбины, объём необходимого запаса воды, потери напора и необходимый для нормальной работы турбины напор.

Мощность турбины Р_топределяется по номограмме в зависимости от напора и расхода воды (рис. 2.3).

Рисунок 2.3 График работы турбин для малых сельских ГЭС

1 – зона прямоточных турбин; 2 – зона поперечно-струйных турбин; 3 – зона наклонно-струйных турбин.

Ниже приведены основные расчётные соотношения для определения параметров поперечно-струйной турбины.

Наружный диаметр колеса турбины, м

Ширина рабочего колеса турбины, м

Ширина направляющего аппарата, м

Высота направляющего аппарата, м

где φ – коэффициент скорости, φ = 0,98.

Частота вращения рабочего колеса, мин^-1

Нехватка воды на пятом месяце:

, м³/с,

, м³.

Нехватка воды на шестом месяце:

, м³/с,

, м³.

Полный запас воды, м³

Необходимый уклон канала определяют по формуле Шези

,

где R– гидравлический радиус живого сечения канала, м;

С— коэффициент Шези.

Гидравлическим радиус канала

,

где χ– смоченный периметр представляющий собой длину линии, по которой жидкость в живом сечении соприкасается с твёрдыми поверхностями, ограничивающими поток.

Коэффициент Шези можно найти, например, по формуле Меннинга

,

где n— коэффициент шероховатости, который для бетонных лот­ков можно принять 0,012...0,014.

Потери напора на безнапорном участке водовода, применяемого для небольших ГЭС, составят величину Δh, примерно равную

,

где L— длина водовода, м.

Потери напора (м) на напорном участке водовода, а также в гибких напорных трубопроводах транспор­табельных ГЭС можно приближенно рассчитать по формуле

,

где λ– коэффициент трения воды о стенки труб (обычно составляет 0,02...0,03);

Q– действительный расход, м³/с;

d– диаметр трубопровода, м.

На напорных трубопроводах могут также возник­нуть значительные местные потери, вызванные резки­ми поворотами, неисправностью задвижек и т.п. Их величину (м) можно определить из выражения

,

где f– коэффициент местного сопротивления (для задвижек он равен 0,5; для закругленного на 90º колена – 0,3).

Диаметр напорного трубопровода мож­но рассчитать по формуле

.

2.3 Задание для самостоятельного решения

Определить конструктивные и технологические параметры поперечно-струйной турбины, водоводов и водоприёмника, количество вырабатываемой электроэнергии за год и объём плотины для гидроэлектростанции, работающей при расходе воды Q_н и скоростном напоре соплаН_с. Станция эксплуатируется в течение 6 месяцев в летний период. Максимальный начальный дебит рекиQ_max = 1,3Q_н, а минимальный конечный –Q_min = 0,8Q_н. Длина безнапорного участкаL_б, угол наклона напорного водоводаα = 60⁰.

Расход воды выбирается из условия Q_н = 0,Хм³/с, скоростной напорН_с = (30-3·Х)м, длина безнапорного участкаL_б = YXм, гдеY иХ– две последние цифры зачетной книжки. Поперечное сечение безнапорного участка принять прямоугольным, живое сечение канала – в форме квадрата. Потери напора найти с учётом наличия одной задвижки и закругленного колена.