Эксплуатационные универсальные характеристики

Одной из основных для гидротурбины является ее кавитационная характеристика. Кавитация обычно приводит к разрушению металла лопастей, облицовки камеры и других элементов гидротурбины, снижает КПД гидротурбины и механическую прочность ее узлов. Кавитационные явления присущи всем реактивным гидротурбинам. По мере развития кавитации возрастает шум в проточной части гидротурбин, увеличивается вибрация крышки турбины и других опорных частей гидроагрегата, происходят падение КПД и срыв мощности. В целях уменьшения кавитационной эрозии металла ведется постоянный поиск наиболее кавитационно-стойких материалов для изготовления рабочих колес и проточной части гидротурбин. Опыт эксплуатации гидротурбин показывает, что высоколегированные нержавеющие стали 12Х18Н10Т, 10X13, 10Х12НД 10Х14АП2 и наплавки электродами аустенитного класса типа ЦЛ9, ЦЛ11, ЭА395/9, а также высокохромистые 1Х13иХ17Н2 обеспечивают длительную работу гидротурбин без заметного кавитационного износа в течение нескольких лет.

Однако основной мерой защиты реактивных гидротурбин от кавитации является достаточное заглубление рабочих колес. С этой точки зрения чрезвычайно важным является правильное назначение расчетного коэффициента кавитации ана основании испытаний модели рабочего колеса. Физически коэффициент кавитации представляет собой отношение абсолютного давления в исследуемой точке к рабочему напору. Для современных отечественных поворотно-лопастных и пропеллерных гидротурбин расчетный кавитационный коэффициент колеблется в пределах от 0,2 (средненапорные) до 1,4 (низконапорные), для радиально-осевых - в пределах от 0,03 (высоконапорные) до 0,25 (средненапорные).

Исключение или уменьшение кавитации гидротурбин достигается расположением рабочего колеса на высоте по отношению к уровню нижнего бьефа, не превышающей допустимого значения по условиям бескавитационной работы. Высота расположения рабочего колеса по отношению к уровню нижнего бьефа называется высотой отсасывания, ее значение определяется как разность отметки плоскости гидротурбины с минимальным давлением и уровня воды в нижнем бьефе. Обычно в качестве таких плоскостей принимаются: для вертикальных радиально-осевых и диагональных - середина высоты направляющего аппарата; горизонтальных радиально-осевых и поворотно - лопастных - плоскость, проходящая через ось вала гидроагрегата; вертикальных поворотно-лопастных и пропеллерных гидротурбин - плоскость осей поворота лопастей рабочего колеса.

Высота отсасывания считается положительной, если уровень воды в нижнем бьефе находится ниже указанных плоскостей, и отрицательной, если выше.

Допустимая по условиям бескавитационной работы высота отсасывания приближенно может быть определена по формуле:

 <http://foraenergy.ru/wp-content/uploads/2011/06/%D0%94%D0%BE%D0%BF%D1%83%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%BC%D0%B0%D1%8F-%D0%B2%D1%8B%D1%81%D0%BE%D1%82%D0%B0-%D0%BE%D1%82%D1%81%D0%B0%D1%81%D1%8B%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F.jpg>

где Н - рабочий напор, м;

σ - кавитационный коэффициент;

В - расчетное барометрическое давление, м вод. ст.

Для уменьшения кавитации на гидротурбинных установках применяется подача воздуха в проточную часть к зонам кавитации. При эксплуатации гидротурбин рекомендуется избегать режимов работы, при которых проявляется кавитация.

Каждому режиму гидротурбины, работающей при переменных напоре и мощности, соответствуют определенные значения КПД и допустимая высота отсасывания. Эти данные приводятся в эксплуатационной универсальной характеристике. На характеристике допустимые высоты отсасывания для различных режимов работы гидротурбины нанесены в виде системы линий H_s.

Эксплуатационные универсальные характеристики имеют большое значение для организации рациональной эксплуатации гидротурбинных установок. Они составляются на основании модельных испытаний гидротурбин. Как правило, действительные значения КПД гидротурбин несколько отличаются от расчетных, нанесенных на заводской эксплуатационной характеристике. В связи с этим рекомендуется после ввода гидротурбин в эксплуатацию проводить натурные испытания для уточнения главным образом значений КПД и положения линий ограничения мощности. Испытания целесообразно проводить силами специализированных организаций при участии заводов - поставщиков гидротурбин. Для удобства по результатам испытаний следует составлять эксплуатационную характеристику не гидротурбины, а гидроагрегата, отличающуюся тем, что линии равных КПД и равных расходов строятся с учетом суммарных потерь мощности в турбине и генераторе.

При работе одного гидроагрегата, используя эксплуатационную характеристику, несложно выбрать диапазон нагрузок, при котором обеспечивается наивысший КПД при соблюдении условий, обеспечивающих наименьшую кавитационную эрозию проточной части гидротурбины. В случае работы нескольких гидроагрегатов при заданной нагрузке и неизменном напоре наивыгоднейший режим при наивысшем КПД ГЭС может быть достигнут в том случае, если на ГЭС будет работать оптимальное количество гидроагрегатов, а нагрузка между ними будет распределена с соблюдением равенства относительных приростов расхода воды. Определение количества и режима работы гидроагрегатов при покрытии заданных активной и реактивной нагрузок производится дежурным персоналом путем соответствующих расчетов или с помощью заранее подготовленной эксплуатационной диаграммы.

Список рекомендуемой литературы

1. Жабо В.В. Охрана окружающей среды. - М.: Энергия, 1980.

. Покровский В., Аракчеев В.П. Очистка сточных вод тепловых электростанций. - М.: Энергия, 1980.