Проект радиально-осевой гидротурбины для богучанской ГЭС
Подтверждение выбора основных параметров гидротурбины. Построение эксплуатационной характеристики. Описание конструкции: спиральная камера, статор, отсасывающая труба, шахта, рабочее колесо. Расчет работоспособности механизма направляющего аппарата.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.05.2012 |
| Размер файла | 4,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Расчётно-пояснительная записка к дипломному проекту
по теме:
Проект радиально-осевой гидротурбины для Богучанской ГЭС
Введение
Целью дипломного проекта является:
а) Систематизация, закрепление и углубление теоретических знаний, полученных в процессе обучения, применение этих знаний при решении конкретных научных, технических, экономических и производственных задач гидромашиностроения.
б) Развитие расчетно-графических навыков практического проектирования гидромашин, приобретенных при выполнении курсовых проектов и прохождении инженерно-производственной практики.
в) Углубленное изучение одного из типов гидромашин (гидротурбины, насоса, гидропередачи) и систем их регулирования.
г) Выяснение степени подготовки студента-дипломника к самостоятельной работе в условиях современного производства, прогресса науки, техники.
Мировая практика показала, что использование энергии естественного водотока имеет неоспоримые преимущества перед источниками тепловой и атомной энергии:
возобновляемый источник энергии;
низкая себестоимость электроэнергии;
высокая маневренность ГЭС;
меньшее загрязнение окружающей среды.
В связи с вышесказанным темой данного диплома был выбран проект гидротурбины Богучанской ГЭС.
В рамках дипломного проекта будет определены компоновка гидротурбины, разработана конструкция основных узлов гидротурбины, описана технология изготовления лопатки НА, произведены расчеты:
основных параметров гидротурбины и построение универсальной характеристики;
направляющего аппарата (гидравлический, потребного давления сервомотора и прочностной деталей привода и лопатки);
критических частот вращения ротора агрегата;
экономической эффективности дипломного проекта;
расчет воздухообмена в сварочном цехе.
1. Подтверждение выбора основных параметров гидротурбины
1.1 Выбор основных параметров
Основная задача работы по выбору основных параметров заключается в выборе системы турбины и типа рабочего колеса, его диаметра таким образом, чтобы обеспечить наиболее эффективную работу турбины во всех режимах ее эксплуатации, а также наименьшие габариты и заглубление турбины и, следовательно, ее меньший вес и стоимость.
Выбор системы турбины основан на положениях номенклатуры гидротурбин, согласно которой поворотно-лопастные гидротурбины (ПЛ) применяются на напоры Н = 5-80 м, радиально-осевые (РО) - на напоры Н = 30-500 м, а диагональные (Д) - на напоры Н = 20-170 м. Таким образом, на ряд напоров могут быть выбраны турбины различных систем. Выбор РО турбины на ГЭС объясняется тем, что РО турбины более просты и надежны в эксплуатации, имеют меньшую металлоемкость и стоимость гидротурбинного оборудования. РО турбины практически не загрязняют воду. Одним из основных преимуществ РО турбин является их лучшие кавитационные качества, и, как следствие этого, они требуют меньших заглублений турбины.
Исходные данные:
Расчетный напор Нр = 65,5 м;
Максимальный напор Нmax = 70,8 м;
Минимальный напор Hmin = 65,4 м;
Мощность гидротурбины N = 340 МВт.
В моем случае тип радиально-осевой гидротурбины был задан Заказчиком. На максимальный напор Нmax= 70,8 м выбираем рабочее колесо типа РО 75. Универсальная характеристика гидротурбины с этим рабочим колесом приведена на рис. 2.1.
1.1.1 Определение диаметра рабочего колеса
Диаметр рабочего колеса гидротурбины определятся по формуле:
D1 = , м, (2.1.)
где Нр - заданный расчетный напор;
N - номинальная мощность турбины при Нр, кВт;
QImax - максимальный приведенный расход при Нр, м3/с;
Т - коэффициент полезного действия турбины при Qmax и Н = Нр.
Из формулы (2.1.) видно, что для получения наименьшего диаметра рабочего колеса, а, следовательно, и габаритов турбины следует выбирать значение QImax возможно большим. Однако с увеличением приведенного расхода ухудшатся энергетические и кавитационные качества турбины, поэтому величина QImax ограничена рядом условий, определяющих ее оптимальное значение.
Принятое значение QImax должно быть проверено по допустимой высоте отсасывания Нs , при которой обеспечивается работа турбины без значительных кавитационных разрушений. Для этого в расчетной точке универсальной характеристики с параметрами QImax, nIм опт определяется значение кавитационного коэффициента модели и требуемая высота отсасывания.
Коэффициент полезного действия турбины, необходимый для определения диаметра рабочего колеса, определяется с учётом поправки на масштабный эффект:
Т = М + , (2.2.)
где - поправка КПД за счет масштабного эффекта, которую на этом этапе принимаем равной 3% = 0,03.
М - определяется по универсальной характеристике:
М = 0,906
С учетом вышесказанного, получим:
QImax = 1,37 м3/с
Т = 0,906+0,03 = 0,936
D1 = = 7,14 м.
Принимаем диаметр рабочего колеса D1=7,5м.
1.1.2 Определение частоты вращения турбины
Частота вращения турбины определяется по формуле:
n = мин-1 , (2.3.)
где Н = Нр;
nIопт - оптимальная приведенная частота вращения, определяется с учетом масштабного эффекта по формуле:
nIт опт = nIм опт * , (2.4.)
где т max, м max -максимальное значение КПД соответственно турбины и модели. Величина м max определяется по оптимальной зоне (яблочку) универсальной характеристики.
т max определяется по номенклатуре по формуле:
т max = 1 - (1 - м max)*(0,25 + 0,75 ), (2.5.)
где ReT, Reм - число Рейнольдса модели и турбины, причем
= *,
где D1м и Нм - диаметр и напор модельной установки, значения которых указаны на универсальной характеристики.
, - коэффициент кинематической вязкости модели и натуры. Принимаем: = .
D1м = 0,46 м;
Нм = 20 м.
= = 0,034
Учитывая, что м max = 0,946 (Рис. 2.1.) получим значение т max:
т max = 1 - (1 - 0,946)(0,25 + 0,75*0,509) = 0,969;
nIт опт = 82,5*= 83,5 мин -1, отсюда, с учетом вышесказанного, определим частоту вращения гидротурбины:
n = = 90, 1 мин -1.
Полученное значение необходимо округлить до ближайшей синхронной частоты вращения: n = 90,9 мин -1.
1.1.3 Построение зоны работы турбины на универсальной характеристике
Для проверки правильности выбора диаметра рабочего колеса D1 и частоты вращения турбины n необходимо построить на универсальной характеристике зону работы турбины.
Зона работы турбины ограничена по приведенной частоте вращения двумя горизонтальными линиями:
nIм max = nIт max - nI = const и (2.6.)
nIм min = nIт min - nI = const, (2.7.)
nIт max = и (2.8.)
nIт min =. (2.9.)
nIм max и nIм min - приведенные частоты вращения турбины, соответствующие минимальному и максимальному напорам.
Поправка nI учитывает разницу приведенной частоты вращения турбины и модели и определяется по формуле:
nI = nIт опт - nIм опт, (2.10.)
где значение nIт опт определено по формуле (2.4.).
Величина nI, вычисленная для оптимального режима, принимается постоянной для всех режимов работы гидротурбины.
nI = 83,5- 82,5 = 1 мин -1
nIт max == 84,3 мин -1
nIт min == 81мин -1
С учетом вышеописанных расчетов определим границы зоны работы турбины:
nIм max = 84,3 - 1 = 83,3 = const , мин -1
nIм min = 81 - 1 = 80 = const, мин -1
По приведенному расходу зона работы турбины ограничивается лишь справа линией АРС (Рис. 2.1.).
Координаты точки Р (nIр , QIр), соответствующей работе турбины при расчетном напоре и заданной мощности, определяются по формулам:
nIр = - nI (2.11.)
QIр = (2.12.)
nIр = - 1,3 = 82,9 мин -1
QIр = = 1,242 м3/с
Аналогично определяются координаты точки А (nIА , QIА), соответствующей работе турбины при максимальном напоре и заданной мощности, причем nIА = nIм min.
nIА = 80 мин -1,
QIА = = 1,105 м3/с
Как правило, при минимальном напоре гидротурбина не дает заданную мощность, поэтому, обычно, приведенный расход в точке С определяется из условия ограничения максимального открытия направляющего аппарата при минимальном напоре, которое принимается равным открытию в точке Р.
Чтобы найти на универсальной характеристики точку С, надо провести через точку Р линию а0 = const до пересечения с горизонтальной линией nIм max = const. Если линии а0 = const на универсальной характеристики нет, то ее следует интерполировать, ориентируясь на ближайшие справа и слева от этой точки линии а0 = const постоянных открытий направляющего аппарата.
1.2 Построение эксплуатационной характеристики
Эксплуатационная характеристика является основным техническим документом гидротурбины, характеризующим ее энергетические и кавитационные качества при различных напорах и мощности на ГЭС. Эксплуатационная характеристика строится в координатной плоскости N - H, на которую наносятся линии постоянных значений коэффициента полезного действия турбины Т = const, линии постоянных значений высот отсасывания Нs = const, линии постоянных открытий направляющего аппарата а0 = const и углов установки лопастей = const (для ПЛ и Д гидротурбин). На эксплуатационную характеристику также наносится линия ограничения мощности. В отличие от универсальной характеристики эксплуатационная характеристика строится для конкретного варианта натурной турбины, имеющего определенные значения частоты вращения и диаметра рабочего колеса. Исходными данными для построения эксплуатационной характеристики являются:
А. Указанные выше параметры турбины Hmax, Hmin, Hp и т.д.
Б. Величины диаметра D1 и частоты вращения n.
В. Универсальная характеристика принятого конкретного типа рабочего колеса.
1.2.1 Построение линий равных значений коэффициента полезного действия турбины
Линии равных значений КПД турбины Т = const строятся в следующем порядке:
- Для каждого напора определяем соответствующую приведенную частоту вращения турбины и модели [мин-1].
nIтi = , (2.13.)
nIмi = nIтi - nI (2.14.)
Поправка nI, вычисленная по формуле (2.10.), принимается постоянной для всех напоров.
- Проводим на универсальной характеристике горизонтальные линии nIм = const. Далее, для каждого напора производится в табличной форме (табл. 2.1.-2.4.) расчет рабочих характеристик турбины, представляющих собой зависимость коэффициента полезного действия турбины от мощности, то есть т = f(N) при H = const. Из универсальной характеристики определяем приведенный расход QI в точках пересечения горизонтальной линии nIм = const с линиями постоянных значений КПД модели М = const. Величины М и QI заносим в таблицы 2.1-2.3.
- Определяем коэффициент полезного действия турбины по формуле:
, (2.15.)
где = (при = ),
x - доля пересчитываемых потерь для РО турбин рассчитывается
х = 0,25+0,5* при Q1рI < Q1оптI
x = 0,75 при Q1рI Q1оптI
Q1оптI = 1,11 м3/с - для турбины с принятым типом РК.
Значение коэффициента «х» заносим в таблицы 2.1-2.3. Расчет коэффициента полезного действия т по формуле (2.15.) производится в табличной форме (табл.2.1-2.3).
- Вычисляем мощность турбины по формуле:
N = кВт (2.17.)
N = , где
К =
Значения мощности также заносим в таблицы 2.1-2.3.
Hmin = 65,4 [м]
Таблица 2.1.
|
1 |
зм |
0.84 |
0.86 |
0.88 |
0.9 |
0.91 |
0.92 |
0.93 |
0.94 |
0.945 |
0.945 |
0.94 |
0.93 |
0.92 |
0.91 |
||
|
2 |
QI' |
м3/с |
0.74 |
0.8 |
0.85 |
0.91 |
0.95 |
0.98 |
1.02 |
1.06 |
1.09 |
1.15 |
1.19 |
1.25 |
1.31 |
1.36 |
|
|
3 |
x |
0.583 |
0.610 |
0.633 |
0.660 |
0.678 |
0.691 |
0.710 |
0.727 |
0.741 |
0.750 |
0.750 |
0.750 |
0.750 |
0.750 |
||
|
4 |
1-зт/1-зм |
0.713 |
0.7 |
0.69 |
0.68 |
0.667 |
0.663 |
0.657 |
0.633 |
0.636 |
0.631 |
0.631 |
0.631 |
0.631 |
0.631 |
||
|
5 |
1-зм |
0.16 |
0.14 |
0.12 |
0.1 |
0.09 |
0.08 |
0.07 |
0.06 |
0.055 |
0.055 |
0.06 |
0.07 |
0.08 |
0.09 |
||
|
6 |
1-зт |
0.114 |
0.098 |
0.083 |
0.068 |
0.06 |
0.053 |
0.046 |
0.039 |
0.035 |
0.035 |
0.038 |
0.044 |
0.051 |
0.057 |
||
|
7 |
зт |
0.886 |
0.902 |
0.917 |
0.932 |
0.94 |
0.947 |
0.954 |
0.962 |
0.965 |
0.965 |
0.962 |
0.956 |
0.949 |
0.943 |
||
|
8 |
N=k*QI'*зт |
МВт |
191,4 |
210,6 |
227,5 |
247,5 |
260,6 |
270,9 |
284 |
297,6 |
307 |
323,9 |
334,1 |
348,8 |
363,2 |
374,3 |
|
|
9 |
у |
0,078 |
0,085 |
0,089 |
0,092 |
0,093 |
0,094 |
0,096 |
0,098 |
0,099 |
0,103 |
0,11 |
0,12 |
0,13 |
0,138 |
||
|
10 |
уH |
м |
5,1 |
5,56 |
5,82 |
6,02 |
6,08 |
6,15 |
6,28 |
6,41 |
6,48 |
6,74 |
7,19 |
7,85 |
8,5 |
9,03 |
|
|
11 |
Hs=k1-1,17уH |
м |
3,25 |
2,79 |
2,53 |
2,33 |
2,27 |
2,2 |
2,07 |
1,94 |
1,88 |
1,61 |
1,16 |
0,5 |
-0,15 |
-0,68 |
k = 2918449 k1 = 8,35 (см. п. 2.2.2.) Hр = 65,5 [м]
Таблица 2.2
|
1 |
зм |
0.84 |
0.86 |
0.88 |
0.9 |
0.91 |
0.92 |
0.93 |
0.94 |
0.945 |
0.945 |
0.94 |
0.93 |
0.92 |
0.91 |
||
|
2 |
QI' |
м3/с |
0.74 |
0.79 |
0.85 |
0.91 |
0.93 |
0.97 |
1.01 |
1.05 |
1.08 |
1.14 |
1.18 |
1.24 |
1.3 |
1.35 |
|
|
3 |
x |
0.583 |
0.606 |
0.633 |
0.66 |
0.669 |
0.687 |
0.705 |
0.723 |
0.737 |
0.750 |
0.750 |
0.750 |
0.750 |
0.750 |
||
|
4 |
1-зт/1-зм |
0.713 |
0.7 |
0.692 |
0.68 |
0.667 |
0.663 |
0.657 |
0.65 |
0.636 |
0.636 |
0.633 |
0.629 |
0.638 |
0.633 |
||
|
5 |
1-зм |
0.16 |
0.14 |
0.12 |
0.1 |
0.09 |
0.08 |
0.07 |
0.06 |
0.055 |
0.055 |
0.06 |
0.07 |
0.08 |
0.09 |
||
|
6 |
1-зт |
0.114 |
0.098 |
0.083 |
0.068 |
0.06 |
0.053 |
0.046 |
0.039 |
0.035 |
0.035 |
0.038 |
0.044 |
0.051 |
0.057 |
||
|
7 |
зт |
0.886 |
0.902 |
0.917 |
0.932 |
0.94 |
0.947 |
0.954 |
0.961 |
0.965 |
0.965 |
0.962 |
0.956 |
0.949 |
0.943 |
||
|
8 |
N=k*QI'*зт |
МВт |
191,8 |
208,4 |
228 |
248,1 |
255,7 |
268,7 |
281,9 |
295,2 |
304,9 |
321,8 |
332,1 |
346,8 |
360,9 |
372,4 |
|
|
9 |
у |
0,076 |
0,082 |
0,089 |
0,092 |
0,093 |
0,094 |
0,095 |
0,097 |
0,098 |
0,104 |
0,109 |
0,118 |
0,129 |
0,137 |
||
|
10 |
уH |
м |
4,98 |
5,37 |
5,83 |
6,03 |
6,1 |
6,16 |
6,22 |
6,35 |
6,42 |
6,81 |
7,14 |
7,73 |
8,45 |
8,97 |
|
|
11 |
Hs=k1-1,17уH |
м |
3,37 |
2,98 |
2,52 |
2,32 |
2,26 |
2,19 |
2,13 |
2 |
1,93 |
1,54 |
1,21 |
0,62 |
-0,1 |
-0,62 |
k = 292518,6 k1 = 8,35 (см. п. 2.2.2.) Hmax = 70,8 [м]
Таблица 2.3
|
1 |
зм |
0.84 |
0.86 |
0.88 |
0.9 |
0.91 |
0.92 |
0.93 |
0.94 |
0.945 |
0.945 |
0.94 |
0.93 |
0.92 |
0.91 |
||
|
2 |
QI' |
м3/с |
0.73 |
0.78 |
0.83 |
0.89 |
0.92 |
0.95 |
0.98 |
1.03 |
1.07 |
1.1 |
1.15 |
1.22 |
1.28 |
1.33 |
|
|
3 |
x |
0.58 |
0.6 |
0.62 |
0.65 |
0.66 |
0.68 |
0.69 |
0.71 |
0.73 |
0.75 |
0.75 |
0.75 |
0.75 |
0.75 |
||
|
4 |
1-зт/1-зм |
0.713 |
0.707 |
0.692 |
0.68 |
0.678 |
0.663 |
0.657 |
0.65 |
0.637 |
0.631 |
0.628 |
0.628 |
0.628 |
0.628 |
||
|
5 |
1-зм |
0.16 |
0.14 |
0.12 |
0.1 |
0.09 |
0.08 |
0.07 |
0.06 |
0.055 |
0.055 |
0.06 |
0.07 |
0.08 |
0.09 |
||
|
6 |
1-зт |
0.114 |
0.099 |
0.083 |
0.068 |
0.061 |
0.053 |
0.046 |
0.039 |
0.035 |
0.035 |
0.038 |
0.044 |
0.05 |
0.057 |
||
|
7 |
зт |
0.886 |
0.901 |
0.917 |
0.932 |
0.939 |
0.947 |
0.954 |
0.961 |
0.965 |
0.965 |
0.962 |
0.956 |
0.95 |
0.943 |
||
|
8 |
N=k*QI'*зт |
МВт |
212,6 |
231 |
250,2 |
272,7 |
284 |
295,7 |
307,3 |
325,4 |
339,4 |
345 |
363,7 |
383,4 |
399,7 |
412,3 |
|
|
9 |
у |
0,063 |
0,072 |
0,08 |
0,089 |
0,091 |
0,093 |
0,094 |
0,096 |
0,098 |
0,1 |
0,107 |
0,119 |
0,132 |
0,14 |
||
|
10 |
уH |
м |
4,46 |
5,1 |
5,66 |
6,3 |
6,44 |
6,58 |
6,66 |
6,8 |
6,94 |
7,08 |
7,58 |
8,43 |
9,35 |
9,91 |
|
|
11 |
Hs=k1-1,17уH |
м |
3,89 |
3,25 |
2,69 |
2,05 |
1,91 |
1,77 |
1,7 |
1,55 |
1,41 |
1,27 |
0,77 |
-0,07 |
-1 |
-1,56 |
k = 328731,6 k1 = 8,35 (см. п. 2.2.2.)
- Строим для всех напоров рабочие характеристики т = f(N) по данным таблиц 2.1.- 2.3. (рис.2.2.).
- Пересекаем рабочие характеристики горизонтальной линией т = const (рис. 2.2.) и получаем точки равных значений КПД при известных значениях напоров Н и мощности N. Указанные точки переносим на координатную плоскость N - Н, соединяем их плавной кривой и получаем линию т = const на эксплуатационной характеристике (рис. 2.6.). Аналогично строятся остальные линии т = const (с интервалом 0,5%).
1.2.2 Построение линий равных высот отсасывания Нs = const
Линии Нs = const строятся на основе линий ? = const универсальной характеристики в следующем порядке:
- Строим вспомогательные графики ?мод = f (QI) при значениях nIм = const, соответствующих рассматриваемым напорам (рис. 2.3.). Для построения указанных графиков из универсальной характеристики определяются значения QI и ?мод в точках пересечения линий ? = const с горизонтальной линией nIм = const.
- Определяем для каждого из напоров nIм = const с помощью графиков ?мод = f (QI) значения ?мод при величинах приведенного расхода, указанных в таблицах 2.1-2.3. Значения ?мод также заносим в таблицы 2.1. - 2.3. соответственно каждому напору.
- Для всех расчетных точек таблиц 2.1. - 2.3. вычисляем высоту отсасывания по формуле:
Hs = , (2.18.)
10 = В - м;
В = 10,2…10,3 - атмосферное давление на уровне моря, м;
= 0,3…0,2 - давление водяных паров при температуре от 15С до 25С;
в0 - высота НА (в0 = 2,626 м);
???мод - кавитационный коэффициент, определяемый в расчетной точке универсальной характеристики;
Kу - поправочный коэффициент, учитывающий неточности изготовления турбины, неточности испытаний и масштабный эффект. Kу принимаем равным 1,17.
Расчет значений Нs производится в таблицах 2.1-2.3.
- По данным таблиц 2.1.-2.3. строим зависимости Нs = f (N) при H = const (рис. 2.3.).
- На построенной зависимости Нs = f(N) проводим горизонтальные линии Нs = const (обычно через 1 м) и, зная величины мощности и напора Н точках пересечения этих линий с зависимостями Нs = f(N), переносим их на эксплуатационную характеристику. Соединяя плавной кривой точки, имеющие одинаковые значения Нs, получаем линию Нs = const на эксплуатационной характеристике (рис.2.6.).
Из расчетов и построений следует, что для обеспечения бескавитационной работы требуемая высота отсасывания составляет примерноdw 1 м.
1.2.3 Построение линий постоянных открытий направляющего аппарата а0=const и линии ограничения мощности турбины
Линии а0=const турбины строятся на основе линий постоянных открытий направляющего аппарата модели а0м=const, указанных на универсальной характеристике.
Соответствие между открытиями турбины и модели определяется по формуле:
, (2.19.)
где zм, z - число лопаток направляющего аппарата модели и турбины. Значение zм указывается на универсальной характеристике.
Для нашей турбины zм = z
Построение линий а0=const производится в следующем порядке:
- Для каждого напора строим вспомогательные графики N = f(QI) при Н=const (рис. 2.5.) по данным таблиц 2.1.-2.3.
- Определяем по универсальной характеристике приведенный расход в точках пересечения горизонтальных линий nIм = const с линиями а0=const. Величины QI заносим в соответствующие колонки таблицы 2.5.
- Из графиков N = f(QI) (рис. 2.5.) определяем для каждого напора значения мощности при величинах QI, указанных в таблицах 2.1. - 2.3. и результаты заносим в соответствующие колонки таблицы 2.5.
- По значениям величин мощности N, указанных в таблице 2.5. для одного открытия, и значениям напоров Н строим линии а0=const на эксплуатационной характеристике.
На эксплуатационную характеристику наносится также линия ограничения мощности, которая делит ее на левую (рабочую) и правую (нерабочую) части. Она состоит из вертикальной линии АР и наклонной линии РС.
Точка Р на эксплуатационной характеристике имеет координаты Нр, N, где N - заданная номинальная мощность турбины. При напорах больше расчетного турбина может развивать мощность больше номинальной, но ее дальнейшее увеличение ограничивается мощностью генератора. Поэтому при всех напорах от расчетного до максимального линия ограничения мощности представляет собой вертикальную линию N=const. При напорах меньше расчетного турбина не может обеспечить номинальную мощность, и линия ограничения мощности отклоняется на эксплуатационной характеристике от вертикального направления влево.
В зоне напоров Нр-Hmin мощность турбины ограничивается максимальным открытием направляющего аппарата, которое принимается равным открытию в точке Р при расчетном напоре. Поэтому в этой зоне напоров линия ограничения мощности РС совпадает с линией а0=const, проходящей через точку Р. В случае, если на эксплуатационной характеристике нет линии а0=const, проходящей через точку Р, то линию РС следует провести, пользуясь методом графической интерполяции и ориентируясь на ближайшие слева и справа от этой точки линии а0=const. Затем производится проверка правильности построения линии РС. Для этого, используя зависимость N = f(QI) при Н=Нmin, находим по значению приведенного расхода QIС мощность NС в точке С на универсальной характеристике. Полученное значение мощности должно совпадать с ее величиной на эксплуатационной характеристике в точке пересечения линии РС с горизонтальной линией Н=Нmin=const.
Линия ограничения минимальной мощности построена на линии постоянного значения КПД равного 90%.
2. Описание конструкции гидротурбины
Турбина предназначена для привода в действие гидрогенератора генератора путем передачи вращения ротору генератора через непосредственное фланцевое соединение вала гидротурбины со ступицей ротора гидрогенератора.
Предусмотрена возможность работы гидротурбины в режиме синхронного компенсатора.
Управление турбиной осуществляется с помощью системы автоматического управления, включающей в себя электрогидравлический регулятор скорости, маслонапорную установку и аппаратуру автоматики турбины.
Конструкция гидротурбины разработана с учётом общекомпоновочных чертежей здания станции. Компоновка агрегата - вертикальная с опорой подпятника генератора на крышку турбины.
Конструкция гидротурбины и ее вспомогательного оборудования соответствуют требованиям конкурсных документов по Лоту №188/1 и удовлетворяют действующим ГОСТам, правилам, нормам эксплуатации и техники безопасности, действующим в РФ.
Все элементы гидротурбины рассчитаны и сконструированы так, что они выдерживают механические и гидравлические нагрузки при номинальном режиме и угонеработы, при разгоне турбины и при гидрававлическом ударе при сбросе мощности.
Напряжения в материалах соответствуют требованиям руководящего документа РД 108.023.115_87, и утвержденного Указанием Министерства Тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения СССР от 28.12.1987 №ВА-002-1/5843 и согласованного с Генпроектировщиком ГЭС. При нагрузке на растяжение напряжения в узлах оборудования не будут превышать указанных в Таблице 3.1.
Таблица 3.1
|
Условия работы |
Материал |
Допустимые напряжения при растяжении |
|
|
Эксплуатационный режим |
Чугун |
0,1 предела текучести |
|
|
Литье стальное из углеродистой стали |
0,2 предела временного сопротивления или 0,333 предела текучести |
||
|
Поковки из углеродистой стали |
0,333 предела текучести |
||
|
Прокат из углеродистой стали |
0,333 предела текучести |
||
|
Прокат из высокопрочной углеродистой стали |
0,333 предела текучести |
||
|
Временные перегрузки |
Прокат, поковки |
0,5 предела текучести |
|
|
Литьё |
0,5 предела текучести |
Вибрации корпуса подшипника гидротурбины, крышки гидротурбины, опоры подпятника не будут превышать значений, установленных стандартом ISO 10816, часть 5.
2.1 Спиральная камера
Спиральная камера предназначена для равномерного подвода воды от напорного водовода к направляющему аппарату.
Спиральная камера -- одноподводная металлическая с круглыми сечениями. на входе, с геометрическими размерами, соответствующими Приложению №14 к Конкурсной документации, по данному лоту не поставляется.
По условиям транспортировки спиральная камера выполнена из отдельных звеньев из листовой стали и её полная сборка производится при монтаже на ГЭС.
Для доступа в спиральную камеру предусмотрен лаз диаметром 650 мм. Крышка лаза открывается внутрь спиральной камеры и в закрытом положении уплотнена резиновым шнуром и закреплена болтами.
2.2 Статор турбины
Статор воспринимает и передает на фундамент нагрузки от веса гидроагрегата, от расположенного выше бетонного блока и переменные нагрузки от давления воды в спиральной камере и направляющем аппарате.
Статор турбины (по данному лоту не поставляется) включает верхний и нижний пояса, 23 несущие колонны, включая зуб, и выполнен сварным. Механическая обработка статора не производится. Сварка частей статора между собой и сварка спиральной камеры и статора должны осуществляется при монтаже на месте установки на ГЭС. Для соединения с крышкой турбины к нему при монтаже должен приваривается фланец, обработанный на заводе.
2.3 Фундаментное кольцо
Фундаментное кольцо образует камеру рабочего колеса и служит для формирования потока за ним.
Фундаментное кольцо выполнено сварным из листового проката. Для защиты проточного тракта за рабочим колесом от кавитационных разрушений коническая обечайка кольца фундаментного и поверхность под торцем нижнего обода рабочего колеса выполнены из нержавеющей стали.
2.4 Отсасывающая труба
Отсасывающая труба (по данному лоту не поставляется) -- изогнутая с железобетонным коленом. Высота трубы 2,6D1, длина 4,5D1. В диффузоре отсасывающей трубы имеется разделительный бычок толщиной 2,5 м. Облицовка конуса отсасывающей трубы выполнена из листовой стали. В конусе имеются прямоугольный лаз размером 1000 х 650 мм для доступа людей в проточную часть на ремонтное перекрытие под рабочим колесом. Ремонтное перекрытие входит в комплект поставки. Вход в конус отсасывающей трубы предусмотрен под углом 500 к оси Y агрегата со стороны правого берега. В отсасывающую трубу предусмотрен лаз из помещения нижнего бьефа с отметки 123,65 м.
Слив воды из отсасывающей трубы осуществляется с помощью двух сливных клапанов диаметром 600 мм с гидравлическим приводом от ручного насоса.
Отсасывающая труба выполнена с размерами, соответствующими Приложению №15 к Конкурсной документации.
2.5 Шахта турбины
Облицовка шахты турбины предотвращает попадание фильтрационной воды в шахту турбины.
Облицовка шахты турбины (по данному лоту не поставляется) выполняется сварной из листовой стали.
2.6 Направляющий аппарат
Направляющий аппарат служит для формирования потока воды перед рабочим колесом, а также для регулирования расхода воды через турбину и прекращения расхода при остановке гидроагрегата.
Направляющий аппарат радиальный с 24 поворотными лопатками.
Цапфы направляющих лопаток облицованы нержавеющей сталью и уплотняются резиновыми манжетами, размещенными перед средним и нижним подшипниками.
Направляющие лопатки уплотняются по торцам и по перу посредствам профилированных уплотнительных элементов из полимерных материалов, по перу -- резиновое уплотнение.
Поверхности трения подшипников лопаток изготавливается из полимерного материала, не требующего смазки в процессе эксплуатации.
Предохранительными устройствами направляющего аппарата служат срезные пальцы.
В направляющем аппарате предусмотрена замена верхних и средних подшипников лопаток без демонтажа гидроагрегата.
Привод механизма поворота направляющих лопаток осуществляется через регулирующее кольцо двумя сдвоенными сервомоторами цилиндрического типа, закрепленными на опоре подпятника.
Направляющие опоры регулирующего кольца изготавливаются из полимерного материала, не требующего смазки в процессе эксплуатации.
Конструкция направляющего аппарата обеспечивает снятие рычагов с направляющих лопаток с помощью приспособления, входящего в комплект монтажных приспособлений.
При полностью закрытом направляющем аппарате протечки воды через его неплотности допускают остановку гидроагрегата без торможения (свободным выбегом) и перевод гидроагрегата в режим синхронного компенсатора.
Максимальная величина протечек через закрытый направляющий аппарат не более 0,15 м3/с.
Направляющие опоры регулирующего кольца изготавливаются из полимерного материала, не требующего смазки в процессе эксплуатации.
2.7 Сервомоторы направляющего аппарата
Сервомоторы направляющего аппарата предназначены для привода механизма поворота лопаток в процессе эксплуатации турбины.
Поворот регулирующего кольца осуществляется двумя сдвоенными сервомоторами, установленными на опоре подпятника. Номинальное давление масла в сервомоторах -- 6,3 МПа (63 кгс/см2). В конструкции сервомотора предусматривается устройство уменьшения скорости закрытия в конце хода штока направляющего аппарата.
Опорные втулки в проушинах сервомотора имеют поверхность трения из полимерного материала, не требующего смазки. Соединительные пальцы проушин изготовлены из нержавеющей стали.
Сервомоторы снабжены стопорными устройствами.
2.8 Рабочее колесо
Основным рабочим органом турбины, преобразующим энергию потока воды в механическую энергию, является рабочее колесо. Крутящий момент от рабочего колеса к ротору генератора передается с помощью вала турбины.
Рабочее колесо диаметром D1 = 7,5 м выполняется сварным из хромоникелевой кавитационно-стойкой нержавеющей стали неразъемным. Рабочее колесо состоит из литых ступицы и нижнего обода и тринадцати лопастей, выполненных из листового проката методом штамповки и последующей мехобработки. К рабочему колесу крепится конус обтекателя, изготовленный из углеродистой стали.
Рабочее колесо снабжено лабиринтными уплотнениями ступицы и обода.
Доступ к рабочему колесу обеспечивается через лаз в облицовке конуса отсасывающей трубы.
При режиме СК система охлаждения верхнего лабиринтного уплотнения обеспечивается подачей воды из системы технического водоснабжения. Нижнее лабиринтное уплотнение охлаждается естественными протечками через неплотности направляющего аппарата.
2.9 Вал турбины
Вал турбины передает крутящий момент от рабочего колеса турбины к ротору генератора.
Вал турбины выполняется кованным полым из качественной низколегированной стали. Нижним фланцем вал соединяется с рабочим колесом, верхним -- со ступицей ротора гидрогенератора. Расточка отверстий под соединительные болты во фланцах вала гидротурбины и ступицы ротора гидрогенератора осуществляется раздельно на предприятиях-поставщиках вала и генератора по кондукторам, изготовленным изготовителем гидротурбины.
Ответственность за прочность болтов фланцевого соединения и фланца вала несет поставщик гидротурбины. Ответственность за линию вала несут совместно поставщики гидротурбины и гидрогенератора.
Вал турбины должен иметь имеет два контрольных пояска для проверки линии вертикальности вала и измерения биения вала.
2.10 Уплотнение вала
Уплотнение вала служит для предотвращения попадания воды из проточного тракта в крышку турбины как при работающей, так и при остановленной турбине. Оно состоит из двух, конструктивно обединёных, уплотнений: рабочего и ремонтного.
На валу предусматриваются рабочее и ремонтное уплотнения.
Рабочее уплотнение - торцевого типа. Уплотняющим элементом является пара трения, состоящая из двух колец - вращающегося углеграфитового, состоящего из секторов и установленного на валу турбины, и стационарного бронзового. Бронзовое кольцо прижимается к углеграфитовому с помощью пружин. В зону поверхности контакта колец подаётся чистая вода для смазки. Протечки воды из уплотнения отводятся в дренажный самослив, расположенный в крышке турбины.
Ремонтное уплотнение вала предусматривается для производства ремонтов на остановленном агрегате без откачки воды из отсасывающей трубы. Уплотняющим элементом в ремонтном уплотнении служит профильный резиновый шланг, в который подаётся сжатый воздух давлением 8,0 кгс/см2. Ремонтное уплотнение состоит из запорного резинового кольца и механизма его вертикального передвижения, включающего в себя 8 пневмомоторов.
2.11 Турбинный направляющий подшипник
Подшипник направляющий предназначен для фиксации положения вращающегося вала турбины и выполнен сегментным, самосмазывающимся, на жидкой масляной смазке. В процессе работы подшипник воспринимает радиальные нагрузки, возникающие от механического, гидравлического и электрического дисбалансов ротора агрегата и не препятствует осевому перемещению ротора агрегата.
Направляющий подшипник выполнен сегментным, на масляной смазке.
12 сегментов подшипника выполнены с эластичным металлопластмассовым покрытием (ЭМП) по поверхности трения.
Конструкции подшипника обеспечивает возможность удаления и замены всех сегментов без его полной разборки.
Система смазки и охлаждения подшипника выполняется без циркуляции масла вне масляной ванны.
Маслоохладители, устанавливаемые в ванне подшипника, рассчитаны на максимальное рабочее давление воды до 0,65 МПа. Перепад давления на маслоохладителе - не более 1,5 м в.ст.
Масло, заливаемое в ванну подшипника, имеет одинаковую марку с маслом, используемым в системе регулирования гидротурбины (по ГОСТ 9972).
Трубки маслоохладителей изготовляются из меди.
Масляная ванна подшипника оборудована устройствами наполнения и слива масла, защитой от переполнения, а также средствами контроля (датчиками, преобразователями): температуры, уровня и обводнения масла.
Масляная ванна подшипника имеет уплотнения, препятствующие попаданию паров масла в шахту турбины.
Подвод и отвод охлаждающей воды к маслоохладителям выполнен так, что исключает образование воздушных пробок.
Сегменты подшипника изготавливаются с эластичным металлопластмассовым покрытием (ЭМП).
2.12 Вспомогательное оборудование
Для обеспечения нормальной работы гидротурбины в комплекте поставки её конструкции предусмотрены:
a) лекажный агрегат;
b) измерительные приборы, размещённые на щитах при входе в шахту турбины;
c) воздухопроводы давлением 0,8 МПа для ремонтного уплотнения вала турбины;
d) воздухопроводы с необходимой запорной арматурой и автоматическим шаровым краном для подачи воздуха под рабочее колесо в режиме СК;
e) воздухопроводы для подкачки воздуха в режиме СК с необходимой запорной арматурой и обратным клапаном;
f) трубопроводы и арматура для подачи и отвода масла и охлаждающей воды к направляющему подшипнику турбины;
g) трубопроводы и арматура для подачи охлаждающей воды к уплотнению вала;
h) трубопроводы и арматуру для подачи охлаждающей воды к верхнему лабиринтному уплотнению;
i) датчики контроля уровня, расхода и температуры;
j) клапан впуска воздуха, устанавливаемый внутри вала-надставки генератора на верхнем фланце;
Удаление протечек воды из крышки гидротурбины осуществляется самосливом. Для перекачки воды из застойной зоны крышки турбины в месте установки уплотнения вала в периферийную зону крышки установлен дренажный насос.
Предусмотрены также площадки, лестницы и ограждение вала в шахте турбины, монорельсы с талями для ремонтных работ по обслуживанию направляющего аппарата и направляющего турбинного подшипника.
Управление гидротурбиной осуществляется электрогидравлическим регулятором с цифровой панелью управления и маслонапорной установкой. Давление в системе регулирования 6,3 МПа (63 кгс/см2).
Для монтажа и обслуживания гидротурбины поставляются монтажные приспособления в соответствии с перечнем, указанным в конкурсной документации.
3. Технология изготовления лопатки направляющего аппарата турбины
3.1 Назначение лопатки направляющего аппарата
Направляющий аппарат предназначен для изменения созданной в спиральной камере закрутки потока и для регулирования расхода воды; это обеспечивает оптимальный режим работы турбины. В закрытом положении направляющий аппарат является затвором, останавливающим поступление воды в рабочее колесо. В вертикальных турбинах применяют радиальный направляющий аппарат. Регулирование потока в нем осуществляется лопатками, оси которых находятся на цилиндрической поверхности.
Лопатка - наиболее нагруженная деталь направляющего аппарата. Кроме того, она подвержена кавитационному и гидроабразивному воздействию потока, интенсивность которого зависит от напора и наличия в потоке взвешенных частиц.
3.2 Cпособ формообразования лопатки и выбор материала
Сварное исполнение лопаток выполняется для уменьшения металлоемкости и целесообразно при напорах не более 80-90м. Лопатки выполняют из углеродистой стали марки 25Л (перо), низколегированной марок 20ГСЛ и 20ГСФЛ (цапфы) и нержавеющей марки ОХ12НДЛ. Применение последней обусловлено уровнем напряжений в лопатке и необходимостью защиты ее от гидроабразивного воздействия потока.
Материал Сталь 20ГСЛ Материал Сталь 25Л
Механические свойства 20ГСЛ: Механические свойства 25Л: условный предел текучести - ??.2=250Мпа условный предел текучести ??.2=240Мпа
временное сопротивление разрыва - ?В=480Мпа временное сопротивление разрыва - ?В=450Мпа
относительное удлинение ?5=14% относительное удлинение ?5=19%
относительное сужение ????? относительное сужение ?????
ударная вязкость KCV=400кДж/м2 ударная вязкость KCV=400кДж/м2
твердость - HB=1430-1710Мпа твердость - HB=1430-1710Мпа
Химический состав 20ГС: Химический состав 25Л:
содержание углерода С - 0,16-0,22% содержание углерода С - 0,22-0,30%
содержание кремния Si - 0,6-0,8% содержание кремния Si - 0,2-0,4%
содержание марганца Mn - 1,0-1,3% содержание марганца Mn - 0,4-0,8%
содержание хрома Cr - не более 0,3% содержание хрома Cr - не более 0,3%
содержание серы S - не более 0,03% содержание серы S - не более 0,045%
содержание фосфора P - не более 0,03% содержание фосфора P - не более 0,04%
Свариваемость - без ограничений Свариваемость - без ограничений
3.3 Технология изготовления лопатки
Конструктивная схема исполнения сварной лопатки приведена на рис.4.1.
Перо лопатки изготавливают из двух листов 3 и 6, согнутых в штампе под прессом, и плоского листа 7, образующего ее выходную кромку. Цапфы 1 и 4 наиболее целесообразно делать коваными, соединяя их с пером лопатки сварными швами 2 и 5 на необходимой по прочности длине. В случае недостаточной прочности такого соединения верхнюю цапфу можно выполнить в виде отливки, включающей в себя часть пера 8. Применение литой заготовки цапфы несколько снижает эффективность сварной конструкции в связи с необходимостью лечения литейных дефектов и с высокой стоимостью литья. По условиям прочности такое соединение цапфы с пером несколько предпочтительнее, так как при этом сварной шов будет находиться в зоне малых напряжений.
К качеству изготовления сварных лопаток предъявляют следующие требования:
1) отклонения от чертежного контура не должны превышать +3 мм для самых больших лопаток, утонение пера не допускается;
2) отклонение образующих пера от прямолинейности должно быть не более 4 мм при длине пера 3500 мм;
3) смещение осей цапф лопатки от их чертежного положения не должно превышать 2--3 мм;
4) качество сварных швов должно соответствовать нормам контроля неразрушающими методами при выборочной проверке от 10 до 25% их протяженности.
Технологический процесс изготовления сварной лопатки с коваными цапфами включает в себя следующие операции:
1. Кованые заготовки цапф на токарно-центровых станках проходят грубую механическую обработку -- обдирку по цилиндру с наименьшими припуском 5 мм на сторону и подрезкой торцев в заданный размер по длине.
2. Галтельный переход на заготовках цапф обрабатывается на расточных станках цилиндрической фрезой (при радиусе галтели до 60 мм) или резцом.
3. Листы 3 и 6 (см. рис. 4.1) после вырезки по контуру с припуском подвергаются гибке в штампе без подогрева. Проверка формы осуществляется шаблоном в отдельных сечениях, а прямолинейность образующих -- линейкой.
4. На разметной плите производится окончательная проверка листов и нанесение линий обработки кромок под сварку между собой и с листом 7. Одновременно на листах размечаются места вырезов 5 для установки цапф лопатки.
5. Сборка и сварка лопаток выполняется в приспособлении ,которое обеспечивает правильную установку и контроль положения цапф по отношению к перу лопатки. В процессе сборки все элементы лопатки закрепляются друг относительно друга ручной дуговой сваркой прерывистыми швами малого катета (прихватками).
6. Для изготовления лопаток применяется сварка в среде углекислого газа сварочной проволокой СвО8Г2С. Сварка лопаток осуществляется в двух положениях с кантовкой заготовки в процессе работ на 180°.
7. После сварки швы, соединяющие листы и цапфы лопатки, зачищаются заподлицо с основным телом детали.
8. Проводится термическая обработка лопаток - отпуск для снятия напряжений при температуре 630°С.
9. В соответствии с действующей на заводе инструкцией проводится контроль качества основных несущих сварных швов.
10. Осуществляется контрольная проверка формы и размеров лопатки.
3.4 Технология механической обработки лопатки
Основные требования к точности механической обработки вытекают из следующего:
Требование обеспечивает гидродинамические качества направляющего аппарата. Достигаются определенным углом установки лопаток, точностью формы пера.
Требование обеспечивает собираемость направляющего аппарата без чрезмерных пригоночных работ:
Соосность опорных цапф. Разносность не более 0,05 мм;
Не перпендикулярность оси к торцам, отклонение до 0,1 мм;
Параллельность торцов, отклонение до 0,2 мм;
Параллельность кромок касания к оси и между собой, отклонение до 0,2 мм;
Взаимное положение отверстий под шпонки и профиля лопаток. Обеспечивает идентичность расположения лопаток в потоке.
Основные операции технологического процесса механической обработки (применительно к лопатке 3 с наплавкой 4 и 5 кромок касания и облицовкой 1 и 2 шеек цапф нержавеющей сталью, рис.4.2) имеют следующую последовательность:
Лопатку 4 (рис.4.3) размечают с помощью двух одинаковых профильных шаблонов 3, контур которых повторяет профиль пера. К установленной на трех домкратах 5 лопатке с обоих торцов подводят опирающиеся на плиту шаблоны. С помощью домкратов совмещают торцевые сечения пера с контуром шаблонов. Используя угольник 1 и линейку 2, принимая шаблон как базу, наносят на плите риску проекции входной кромки. Прямолинейность входной кромки проверяют по всей длине пера. Откладывая от нее на плите размер , с помощью угольника наносят на торцах цапф вертикальную ось у-у. Затем с помощью рейсмуса проверяют прямолинейность и толщину пера, а также достаточность припусков для обработки выходной кромки и кромок касания и наносят горизонтальную ось х-х по всему периметру лопатки. Пересечение осей на торцах цапф определяет положение центров О, а следовательно, и оси лопатки. Из найденных центров О проводят круговые риски обработки цапф, проверяют диаметральные припуски и наносят риски обработки цапф и пера лопатки по длине.
Выполняются центровые отверстия на горизонтальном станке для дальнейшей обработки.
Предварительно выполняется грубая механическая обработка цапф и торцев на токарно-обтачном станке ЛР-61 с припуском 5 мм. Лопасти с длиной пера менее 1100 мм обрабатываются на токарно-центровых станках, так как на станке ЛР-61 размеры зажимных стоек не позволяют осуществить закрепление деталей. Обработка лопаток на станке ЛР-61 позволяет исключить влияние неуравновешенных масс на цилиндричность шеек цапф.
Разметка лопасти для обработки выходной кромки и кромок касания выполняется по профильным торцевым шаблонам, имеющим замкнутое центральное отверстие с размерами, соответствующими проточенным диаметрам шеек цапф.
Предварительную обработку кромок касания осуществляется на продольно-строгальном станке с припуском 5 мм по схеме, приведенной на рис.4.4. При этом выполняют углубления под наплавку нержавеющей сталью и удаляют напуски на выходной кромке с плавным переходом к необрабатываемой поверхности пера. Обе призмы 1, на которых установлена лопатка 2, тщательно выверяются на столе станка по базовой боковой поверхности Т, чтобы обеспечить совпадение оси детали с направлением строгания. Затем лопатку поворачивают вокруг оси до положения, при котором размеры S, N и K будут соответствовать заданным. Положение лопатки фиксируется зажимами цапф и домкратами 3. Обработка обеих кромок касания с одной установки определяет их параллельность между собой в осевом направлении. Взаимное расположение их в плоскости, перпендикулярной к оси лопатки, обеспечивается поворотом на необходимый угол бокового суппорта станка, с помощью которого обрабатывают выходную кромку. При выполнении операции периодически проверяют стабильность установочных размеров. Проверка точности обработки осуществляется также торцевыми профильными шаблонами на первой, средней и последней лопатке каждого комплекта.
Шлифование пера лопатки производится в 2 этапа (лечение дефектов и чистовое). Шлифуют на специализированном станке ГФ-259 в двух положениях. Зоны перехода к цапфам шлифуются ручным пневматическим инструментом.
Наплавка кромок касания электродами ЭА-395/9 выполняется после удаления и заварки литейных дефектов. Затем на цапфы устанавливают состоящие из полуколец защитные втулки. Полукольца согнуты из листовой нержавеющей стали толщиной 12-15 мм; отверстия под электрозаклепки выполняют в них до гибки. Установленные и притянутые к цапфам полукольца сначала стягивают сваркой продольных швов, затем заваривают электрозаклепки; в последнюю очередь выполняют кольцевые швы. Такой порядок сварки обеспечивает достаточно плотное прилегание втулок к цапфам. Затруднения могут иметь место в случае некачественной гибки полуколец.
Окончательная токарная обработка лопатки производится после восстановления или нанесения новых рисок разметки, удаления припуска на торцах цапф и разделки новых центровых отверстий.
Проверка биения шеек цапф лопаток выполняется на токарно-центровом станке. Лопатка закрепляется короткой цапфой в патроне станка, а длинной - опирается на люнет. Выверка установки выполняется с точностью 0,02 мм. Проверка биения производится в двух сечениях каждой шейки; для нижней и средней шеек оно не должно превышать 0,1 мм, а в месте сопряжения с рычагом - 0,2-0,3 мм.
Разметка под чистовую обработку кромок касания выполняется с помощью профильных шаблонов, базой для установки которых служат обработанные шейки цапф и профиль пера.
Обработка отверстий под цилиндрическую разрезную шпонку производится в лопатке 1, собранной с рычагом 2 и накладкой 3, на горизонтально-расточном станке (рис. 4.5). Лопатка цапфами опирается на призмы, положение которых на столе станка выверено предварительно. Положение лопатки фиксируется упором 5, на который опирается ее кромка касания. Положение рычага с накладкой определяется пальцем 4, опирающимся на подставку на заданной высоте Н. Взаимное расположение деталей для первой лопатки проверяется на разметной плите. Собранный узел служит для выверки установки приспособления на станке. В последующем такой контроль осуществляется периодически. Обработка отверстия второго класса точности производится набором сверл, зенкером, разверткой и раскаткой.
В качестве уплотнения кромок касания лопаток низконапорных турбин применяют резиновый шнур треугольного сечения. Канавка под уплотнительный шнур, расположенная у входной кромки лопатки, обрабатывается на продольно-строгальном станке одновременно с кромками касания. Для проверки формы и размеров канавки применяют односторонний и двусторонний шаблоны. В некоторых случаях применяют конструкцию уплотнения с прижимной планкой. Технологический процесс обработки канавки в этом случае принципиальных отличий не имеет.
а)
Рис. 4.1 Основные варианты сварного исполнения лопаток.
а - с коваными цапфами; б - с литой верхней и кованой нижней цапфами.
Рис.4.2 Лопатка направляющего аппарата.
r1 и r2 - радиусы построения, определяющие положение кромок касания; б - угол, определяющий взаимное расположение рычага и кромок касания.
Рис.4.3 Схема разметки заготовки лопатки.
Рис.4.4 Схема установки лопатки при обработке кромок касания на продольно-строгальном станке.
Рис.4.5 Схема установки лопатки с рычагом и накладкой для совместной обработки отверстий под шпонку.
4. Расчет работоспособности механизма направляющего аппарата, сервомоторов и направляющей лопатки
Конструкция направляющего аппарата должна обеспечивать эффективность рабочего процесса гидротурбины в широком диапазоне режимов и надежное закрытие его при нормальной эксплуатации и в аварийных режимах.
Направляющий аппарат ГЭС Богучанской - цилиндрический с поворотными лопатками симметричного профиля с эксцентриситетом n0=0. Высота направляющего аппарата b0=2626 мм. Диаметр окружности расположения осей лопаток D0=9000 мм. Количество направляющих лопаток z=24 шт.
Направляющий аппарат включает в себя верхнее кольцо, крышку турбины, нижнее кольцо, регулирующее кольцо, 24 направляющие лопатки, подшипники скольжения и механизм поворота лопаток.
Лопатка направляющего аппарата - сварная, нижняя цапфа изготавливается из стали марки 20ГС, нижняя - Сталь 25. Верхний и нижний подшипники скольжения, устанавливаемые в верхнем кольце гидротурбины и нижнем кольце, выполнены стальными в виде обоймы. Поверхности трения подшипников облицованы полимерным материалом фирмы «THORDON», не требующим смазки.
Механизм поворота лопаток направляющего аппарата включает в себя: регулирующее кольцо - сварная конструкция, рычаги, накладки, эксцентрики, серьги и срезные пальцы. Поверхность трения опор регулирующего кольца, опорных колец рычагов, а также втулки шарниров кинематических пар выполнены из полимерного материала фирмы «THORDON», не требующего смазки.
Для предотвращения поворота лопаток вокруг своей оси при разрушении срезных пальцев в накладках на рычагах предусмотрены специальные упоры установленные в тело рычага.
Уплотнение лопаток направляющего аппарата по перу - сталь по стали профилированное уплотнение из полимерного материала.
4.1 Расчет направляющего аппарата с использованием ЭВМ
Направляющий аппарат является одним из основных узлов гидротурбины и состоит из большого количества различных деталей. Для обеспечения нормальной работы гидротурбины детали направляющего аппарата должны быть изготовлены в соответствии с технологическими и нормативными документами, которые используются на предприятии, изготовляющем гидротурбины. Расчет направляющего аппарата (далее НА) достаточно трудоемок и сложен. Дело в том, что при расчете НА нужно учитывать не только каждую деталь в отдельности, но и их взаимное влияние друг на друга. На А.О. филиале ОАО «Силовые машины» «ЛМЗ», для упрощения и ускорения проектирования НА, создали подсистему расчета цилиндрического направляющего аппарата вертикальной реактивной гидротурбины, последняя версия которого называется NAPW. Она адаптирована по современную операционную систему MS Windows, а также с не менее популярными офисными приложениями MS Excel и MS Word и работает в многопользовательском режиме (т.е. имеется возможность работать с программой двум и более человек). Программа написана в пакете MS Fortran Power Station и для удобства пользователей реализована в диалоговом режиме. Диалоговый режим удобен для пошагового проектирования направляющего аппарата, что позволяет редактировать и изменять конструкцию НА непосредственно в процессе работы с программой.
Программа предоставляет возможность:
открыть список уже существующих проектов и при выборе какого-либо загрузить его;
открыть чистый файл базы данных NAPW;
создавать расчетные файлы базы на основе существующих проектов, но не являющимися собственностью разработчика-инженера;
создать копию файла базы данных в рамках одного проекта (для проработки нескольких вариантов конструкции без изменения основных параметров - D0, D1, b0 и т.п.);
конвертировать файлы базы данных старой программы в новую;
сохранить графики в буфере обмена компьютера для последующей обработке в графических редакторах или распечатки (такая возможность дублируется с помощью передачи графика в MS Excel);
сохранить введенные данные по проекту в базе данных программы;
удалить старые и ненужные варианты расчетов из базы данных программы;
Для обсчета конструкций направляющих аппаратов со стандартными размерами (указаны в ОСТе) требуется завести в программу лишь минимально необходимые данные. К таким данным относятся диаметр рабочего колеса, диаметр направляющего аппарата, эксцентриситет, угол входа потока в направляющий аппарат (выбирается по спиральной камере), тип кинематики, тип профиля лопатки, тип лопатки (3-х опорная или другая), тип сдающего звена предохранительного элемента (срезной палец или фрикцион) и список напоров с соответствующими им открытиями и расходами. Для данного вида ввода данных предусмотрено меню «Минимальный набор».
Подобные документы
Определение параметров совместной работы с поршневым двигателем и разработка проекта турбокомпрессора мощностью 60 кВт. Расчет основных параметров компрессора: патрубок, рабочее колесо, диффузор. Расчет радиально-осевой турбины и характеристики скорости.
курсовая работа [618,1 K], добавлен 12.10.2011Расчет вала на изгиб и сечения балки. Разработка конструкции узла механизма. Выбор кинематической схемы аппарата. Описание предлагаемой конструкции. Расчет геометрических параметров пружины. Расчет погрешности механизма датчика для второго положения.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 24.12.2011Расчет основных величин и определение характеристик питательного насоса ПН-1050-315 для модернизации Каширской электростанции. Проект лопастного колеса и направляющего аппарата. Определение геометрических размеров центробежного колеса, параметров насоса.
дипломная работа [5,6 M], добавлен 26.12.2011Проектирование центробежного турбокомпрессора, состоящего из центробежного компрессора и радиально-осевой газовой турбины. Уточнение расчетных параметров и коэффициента полезного действия турбины. Расчет соплового аппарата и рабочего колеса турбины.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 08.05.2021Назначение теплообменных аппаратов. Особенности строения теплообменника "труба в трубе", материальный, тепловой и гидравлический расчет его основных параметров. Описание схемы процесса. Техника безопасности при работе с теплообменником "труба в трубе".
курсовая работа [653,6 K], добавлен 28.05.2014Расчет гидравлического напора, создаваемого рабочим колесом осевой машины. Определение основных размеров осевых насосов и вентиляторов. Принципы выбора расчетного угла атаки на разных радиусах лопаточного венца. Правила установки электродвигателей.
курсовая работа [32,8 K], добавлен 25.11.2010Предварительный расчет центробежного насоса. Размеры рабочего колеса и относительная скорость на входе и выходе. Расчет спирального направляющего аппарата и диффузора спиральной камеры. Критический кавитационный запас энергии и коэффициент быстроходности.
контрольная работа [6,1 M], добавлен 20.11.2009Общие сведения об автомобиле. Проектирование рулевого управления, описание его назначения и основных требований. Обоснование выбора реечного управления и определение параметров рулевой трапеции. Расчет параметров зацепления механизма "шестерня-рейка".
дипломная работа [1,6 M], добавлен 13.03.2011Проектирование приспособления для зажима детали "Колесо рабочее". Составление операционного эскиза. Проверка условий возможности перемещения заготовки. Расчет погрешности базирования, усилия зажима заготовки, основных параметров зажимного приспособления.
контрольная работа [398,7 K], добавлен 03.06.2014Использование центробежных компрессорных ступеней в осецентробежных компрессорах газотурбинных двигателей. Метод определения переменных аэродинамических нагрузок и динамических напряжений, действующих на рабочее колесо центробежного компрессора.
автореферат [618,2 K], добавлен 27.03.2011
