1. Выбор системы и типа гидротурбины

Для дальнейшего выбора оборудования необходимо по построенному режимному полю (Рисунок 1) определить следующие величины:

- Максимальный напор Н_max=16,62 м. Определяется как точка пересечения линии ограничения по санитарному попуску с напорной характеристикой при НПУ.

- Минимальный напор Н_min=10,63 м. Определяется как точка пересечения напорной характеристики при УМО с линией ограничения по пропускной способности турбины.

- Расчётный напор Н_расч=13,67 м. Определяется как точка пересечения трех линий: линии расчётного напора, линии ограничения по установленной мощности и линии ограничения по пропускной способности турбины.

- Максимальный расход Q_max= 775 м³/с. Определяется из режимного поля.

Далее осуществляется подбор всех возможных вариантов типов гидротурбин по справочным материалам. При этом необходимо выполнить следующие условия:

- Значение максимального напора не должно превышать значение предельного напора, указанного в справочных материалах.

- Значение отношения Н_min/H_пред, не должно быть меньше фиксированного значения, указанного в справочных материалах.

- Выбирая максимальный диаметр РК турбины, необходимо учитывать условия его транспортировки к месту монтажа.

В таблице 2 указаны типы турбинного оборудования, соответствующие изложенным выше условиям.

Таблица 2 – Турбинное оборудование

Параметр Тип			ПЛ20-ГК		ПЛ20-В
Предельный напор	Hпред	20		20
Диапазон регулирования	Hmin/Hmax	0,35		0,50
Оптимальная приведенная частота вращения	n'1o, мин^-1	155		146
КПД модели в точке оптимума	ηмо	0,918		0,920
Приведенный максимальный расход	Q'1max, л/с	2750		2000
Коэффициент кавитации	σ при Q'1max	1,8		1,0
Приведенный диаметр РК	D'1м, м	0,46		0,50
Напор модельной турбины	Hм, м	3		10

2. Выбор гидротурбины по главным универсальным характеристикам

Как видно из таблицы 2 данному диапазону напоров подходит два типа турбин, таким образом по методике, описанной в методическом пособии «Выбор параметров ГЭС» [1, стр. 61-83], из представленных типов гидротурбин и их различных диаметров выбирается наиболее подходящая. Результаты расчетов представлены в таблице 3.

Задаемся рядом стандартных значений диаметров D₁ и для каждого диаметра рассчитываем следующие параметры:

- Мощность агрегата в расчетной точке:

(2.1)

Q'_Iр - приведенный расход в расчетной точке;

_т - КПД натурной турбины (формула 2.2);

_г - КПД генератора.

- КПД натурной турбины:

(2.2)

_м - КПД модельной турбины;

D_1мод - диаметр модельной турбины;

Н_мод - напор модельной турбины;

D₁- диаметр натурной турбины;

Н_р - расчетный напор натурной гидротурбины;

ν_н, ν_мод - коэффициенты кинематической вязкости воды для натурной и модельной турбины, которые зависят от температуры воды для натурных и модельных условий;

𝜺 - коэффициент, выражающий отношение потерь трения ко всем гидравлическим потерям (𝜺=0,75).

- Количество агрегатов (с последующим округлением до целого числа):

(2.3)

N_уст - установленная мощность ГЭС (N_уст =90000 кВт);

N_a - мощность агрегата.

- Поправка КПД:

(2.4)

- Частота вращения турбины (с последующим округлением до стандартного значения):

(2.5)

n'_Iр - приведенная частота вращения модельной гидротурбины в расчетной точке (таблица 2).

-Приведенные максимальная, расчётная и минимальная частоты вращения:

(2.6)

(2.7)

(2.8)

- Произведение приведённого расхода в расчетной точке на КПД:

(2.9)

Левая часть уравнения определяется подбором такой точки на линии n'_Iр, чтобы произведение в этой точке обеспечивало выполнение указанного равенства.

-Произведение для ограничения по генератору:

(2.10)

- Приведенные расходы:

(2.11)

(2.12)

Таблица 3 – Расчёт параметров турбин ПЛ20-ГК и ПЛ20-В

Параметр	ПЛ20-В							ПЛ20-ГК
D1,м	4,5	4,75	5	5,6	6,3	6,7	5		5,3	5,6	6	6,3
η, о.е.	0,908	0,909	0,910	0,911	0,912	0,913	0,894		0,894	0,895	0,896	0,897
N' агр, МВт	16,45	18,35	20,34	25,55	32,39	36,66	29,55		33,23	37,13	42,67	47,08
Z', шт	5,47	4,91	4,42	3,52	2,78	2,45	3,03		2,71	2,42	2,11	1,91
Zа, шт	6	6	6	4	3	3	3		3	3	3	2
Nагр, МВт	15,0	15,0	15,0	22,5	30,0	30,0	30,0		30,0	30,0	30,0	45,0
Δ1, о.е.	1,029	1,029	1,030	1,032	1,033	1,034	1,039		1,040	1,041	1,042	1,043
nc1', об/мин	121,7	115,3	109,6	97,9	87,1	81,9	116,8		110,3	104,4	97,5	92,9
nc1, об/мин	125	115,4	115,4	100	88,2	83,3	125		115,4	107,1	100	93,8
n1(Hmax), об/мин	170,1	179,5	174,4	169,1	169,9	167,7	188,1		183,9	180,3	180,3	177,5
n1(Нр), об/мин	150,0	158,3	153,8	149,1	149,8	147,9	165,8		162,2	159,0	159,0	156,5
n1(Нmin), об/мин	136,0	143,6	139,5	135,2	135,9	134,1	150,4		147,1	144,2	144,2	141,9
Qη (max)	1,15	1,03	0,93	1,11	1,17	1,04	1,86		1,66	1,48	1,29	1,76
Qη (расч)	1,54	1,38	1,25	1,49	1,57	1,39	2,50		2,22	1,99	1,73	2,36
Q’1(Нmax) м^3/с	0,84	0,75	0,68	0,54	0,43	0,38	0,67		0,60	0,54	0,47	0,42
Q’1 (Hmin) м^3/с	1,05	0,94	0,85	0,67	0,53	0,47	0,84		0,75	0,67	0,58	0,53

Сопоставим различные турбины по следующим критериям:

• Максимальный КПД;

• Оптимальная рабочая зона турбины;

• Сокращение количества агрегатов;

• Условия транспортировки.

Исходя из условий, перечисленных выше выбираем гидротурбину ПЛ20-560-В с синхронной частотой вращения n_c=100 об/мин и количеством агрегатов Z_а=4. Универсальная характеристика турбины ПЛ20-В представлена в приложении А.

Выбор турбины с диаметром равным 5,6 м. обусловлен, рядом факторов: при данном диаметре выполняются требования по обеспечению минимального расхода в НБ и режимное поле соответствует оптимальной рабочей зоне турбины (приложение Б). Турбина ПЛ20-ГК не подошла, так как данный тип турбин вследствие низкого КПД не подходит в соответствии с СТО РусГидро 01.01.78-2012 пункт 9.1.9., также применение горизонтальных турбин в современной гидроэнергетике не желательно в связи с большим количеством недостатков.

Режимного поле представлено в приложение Б. Правая граница поля состоит из двух линий - верхняя проводится параллельно линиям открытия направляющего аппарата, а нижняя строится по двум точкам (для максимального напора и для минимального напора). Левая граница - линия ограничения по минимальному расходу.