Определение параметров поперечно-струйной гидротурбины
ФГБОУ «ВПО БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет: энергетический
Кафедра: автоматика и электротехника
Специальность: теплоэнергетика и теплотехника
Форма обучения: заочная
Курс, группа: 3сБВО, 1
Расчетно-графическая
работа
(Домашнее
задание)
НЕТРАДИЦИОННЫЕ
И ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
Студент:
Гришин Алексей Феликсович
Руководитель:
Доцент Галимарданов И.И.
УФА 2013
ЗАДАНИЕ
на выполнение контрольной работы по дисциплине
«Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии»
Определить конструктивные и технологические
параметры поперечно-струйной гидротурбины, водоводов и водоприемника,
количество вырабатываемой электроэнергии за год и объем плотины для
гидроэлектростанции по заданным параметрам:
. Расход воды Qн
= 0,3 м/с
. Скоростной напор Hс
= 21 м
. Длина безнапорного участка Lб
= 93 м
гидротурбина
плотина электроэнергия
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
. ОПРЕДЕЛЕНИЕЯ ПАРАМЕТРОВ
ПОПЕРЕЧНО-СТРУЙНОЙ ГИДРОТУРБИНЫ
. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ ПОПЕРЕЧНО - СТРУЙНОЙ ТУРБИНЫ
. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВО
ВЫРАБАТЫВАЕМОЙ ЭНЕРГИИ ЗА ГОД
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ВВЕДЕНИЕ
При таких параметрах , как расход до 0,8 м3/с и
мощности ГЭС более 3 кВт целесообразно применять активные поперечно-струйные
(их еще называют двукратные) турбины. Работа этих турбин экономична и при
больших расходах воды и мощности до 30 кВт. Экономичность их применения
обусловлена необходимостью пуска наиболее мощных двигателей, пуск которых не
обеспечивается прямоточными турбинами.
Поперечно-струйная турбина имеет сравнительно
простую конструкцию. У данной турбины вода дважды попадает на лопасти рабочего
колеса, отдавая ему энергию. Скорость его вращения составляет 100... 1000 мин1.
При необходимости ее можно увеличить, применяя редукторы.
Турбину обычно делят на две части: 1/3 и 2/3
ширины рабочего колеса. В зависимости от дебита реки открывают или на 1/3
рабочего колеса, или на 2/3 или полностью. Такое деление и подключение рабочего
колеса обеспечивают эффективную работу одного типоразмера поперечно-струйной
турбины в широком диапазоне расхода воды.
Рисунок 1. Схема активной поперечно-струйной
турбины
- напорный водовод, 2 - затвор; 3 - рабочее
колесо
Учитывая простоту конструкции поперечно-струйной
турбины, ее производство может быть организовано даже силами самих частных и
фермерских хозяйств, колхозов, и других сельскохозяйственных предприятий.
В целях эффективного использования энергии
водотока деривационные водоводы должны обеспечивать пропуск необходимого количества
для работы ГЭС воды с наименьшими потерями. Деривационные водоводы могут быть
выполнены по безнапорной или напорной схеме.
Для небольших стационарных ГЭС, устанавливаемых
в горной местности, целесообразны водоводы, комбинированные из стационарных безнапорных
железобетонных лотков и напорных стальных трубопроводов.
Безнапорные лотки (рисунок 2) размешают в
зависимости от рельефа местности: или на грунте, или на опорных конструкциях.
Такие конструкции требуют незначительных грунтовых работ, которые трудно
осуществлять в скалистой горной местности. Водоводы изготавливают
заблаговременно заводским способом [5].
Рисунок 2. Схема деривационной ГЭС: 1
-водозаборное устройство; 2 - безнапорный участок водовода (лоток); 3 - опорная
конструкция водовода; 4 - напорный бассейн; 5 - напорный участок водовода; б
-гидроэлектроагрегат; 7 - поперечное сечение безнапорного участка водовода
1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
ПОПЕРЕЧНО - СТРУЙНОЙ ТУРБИНЫ
Наружный диаметр колеса турбины, м
, (1)
Ширина рабочего колеса турбины, м
, (2)
Ширина направляющего аппарата, м
, (3)
Высота направляющего аппарата, м
, (4)
где φ - коэффициент
скорости, φ
= 0,98
[5].
Частота вращения рабочего колеса,
мин-1
Рисунок 3 Схема активной
поперечно-струйной турбины
, (5)
Нехватка воды на пятом месяце:
м3/с, (6)
м3, (7)
Нехватка воды на шестом месяце:
м3/с, (8)
м3, (9)
Полный запас воды, м3
, (10)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ ПОПЕРЕЧНО - СТРУЙНОЙ ТУРБИНЫ
Площадь живого сечения
(11)
Рисунок 4 Разрез безнапорного участка водовода
Сторона смоченной поверхности
(12)
(13)
Гидравлический радиус
(14)
Коэффициент Шези
(15)
где n - коэффициент шероховатости,
характеризующий состояние поверхности русла, для случая канализационных труб
принимается в диапазоне (0,012...0,015) [4].
Необходимый уклон канала определяют по формуле
Шези
(16)
Потери напора на безнапорном участке
водовода
(17)
где L - длина водовода, м
Длина напорного участка, м
(18)
Скорость на напорном участке
подобрана 
м/с по СНиП
<#"669822.files/image024.gif"> (19)
Потери напора (м) на напорном
участке водовода, а также в гибких напорных трубопроводах транспортабельных ГЭС
можно приближенно рассчитать по формуле
(20)
где
-
коэффициент трения воды о стенки труб (0,02...0,03);- действительный расход,
м3/с;- 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
(21)
где
f - коэффициент местного сопротивления.
Рисунок 3. Схема деривации с указанием
полученных в ходе расчетов размеров
. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВО ВЫРАБАТЫВАЕМОЙ ЭНЕРГИИ
ЗА ГОД
Мощность турбины Рm
определяется по номограмме в зависимости от напора и расхода воды.
. Расход воды Qн
= 0,8 м3/с
. Скоростной напор Нc
= 6 м
Исходя из графика работы турбины, мощность
турбины: Рm = 30 кВт.
Выбор генератора , кВт
(22)
мощность турбины;
КПД генератора.
Исходя из данных полученных при
расчете гидротурбины выбран асинхронный двигатель марки АИР180М4 [8]
Технические характеристики:
Мощность 
=30 кВт
Синхронная частота вращения 1500
об./мин.
Коэффициент скольжения, S = 0.03
Расшифровка маркировки:
"А" - асинхронный
двигатель,
"И" - Интерэлектро,
"Р" - привязка мощностей к
установочным размерам в соответствии с РС-3031-71 ("C" - в случае
привязки по нормам CENELEK),
180 - высота оси вращения (габарит),
- М установочный размер по длине
станины,
- число полюсов,
Коэффициент редукции 
; 
=1500
об/мин
(23)
Количество вырабатываемой
электроэнергии генератором
(24)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной расчетно-графической работе
был произведён расчёт конструктивных и технологических параметров
поперечно-струйной турбины, водоводов и водоприёмника, количество
вырабатываемой электроэнергии за год и объём плотины для гидроэлектростанции,
работающей при расходе воды Qн=0,8м/c2 и
скоростном напоре сопла Нс=6м. Станция эксплуатируется в течение 6 месяцев в
летний период. Максимальный начальный дебет реки Qmax = 1,3Qн=0,04 м/c,2 а
минимальный конечный - Qmin = 0,8Qн=0,64.
Длина безнапорного участка Lб=28м, угол наклона напорного
водовода α
= 60°. Для рассчитываемой станции
подобран электрогенератор.
Параметры поперечно-струйной
турбины:
1. Наружный диаметр колеса турбины: 0,57 м
. Ширина рабочего колеса турбины: 1,36 м
. Ширина направляющего аппарата: 1,09 м
. Высота направляющего аппарата: 0,07 м
. Частота вращения рабочего колеса: 181
мин-1
. Мощность турбины Рm
= 30 кВт
Параметры электрогенератора марки АИР180М4:
1. Мощность Рг= 30 кВт
. Синхронная частота вращения
1500 об./мин.
Количество вырабатываемой
электроэнергии 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
СНиП
2.04.02-84 <http://doc-load.ru/SNiP/Data1/1/1996/index.htm>.
Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М.: Стройиздат, 1985, 70 с.
1. Гидроэнергетические
станции / под ред. Карелина В.Я., Кравченко Г.Н./-М.: Энергоатомиздат, 1989. -
248 с.
2. Киселев,
П. Г. Справочник по гидравлическим расчетам [Текст] / П. Г. Киселев. - М.:
Энергия, 1972. - 312 с.
3. Кораблев
А.Д. Экономия энергоресурсов в сельском хозяйстве. - М.: Агропромиздат, 1988. -
268 с.
5. Галимарданов
И.И. Методические указания к выполнению контрольной работы - Уфа: БГАУ, 2009 -
16 с.
6. СТО
0493582-003-2009 Стандарт организации/Самостоятельная работа студента.
Оформление текста рукописи. - Уфа: БГАУ, 2009. - 36 с.
7. Сайт
производственного объединения «Электромотор».- Режим доступа:
http://electronpo.ru/production -16.02.2013г.