ПАРАМЕТРЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАХОВЫХ МАСС ГИДРОАГРЕГАТОВ
Параметрами регулирования турбин считают продолжительность закрытия и откры-тия направляющего аппарата турбин, относительное повышение напора в подводящем тракте, вызываемое гидравлическим ударом, и наибольший вакуум в отсасывающей трубе.
Гидроагрегаты в нормальных условиях работают с практически постоянной частотой вращения пи, об/мин. В процессе изменения нагрузки гидроагрегатов изменяется открытие направляющего аппарата турбин и пропускаемый расход воды, в результате чего происходят гидравлический удар. В период пуска и остановки после плавного снижения нагрузки гидроагрегата до нуля и последующего отключения от сети частота вращения изменяется в пределах 0 — пп.
Значительное повышение частоты вращения гидроагрегата происходит при внезапном отключении от сети — сбросе нагрузки генератора, работавшего с полной или ча-стичной нагрузкой. Наибольшее повышение частоты вращения агрегата происходит при сбросе полной нагрузки.
Раскрыв уравнения (23-4) и (23-5) и приравняв их правые части, можно определить максимум частоты вращения гидроагрегата. При анализе уравнения (23-4) необходимо учитывать, что после отключения генератора от сети вступает в действие регулятор скорости турбины, изменяются расход, мощность и структура потока воды в проточной части турбины.
Наибольшие трудности представляет выяснение закона изменения потерь при неустановившемся режиме. Ограничимся рассмотрением разности NB — Afnox, которая при отключенном-от сети генераторе равна мощности турбины на валу агрегата:
Из универсальной характеристики турбины можно определить приведенный расход и КПД модели турбины т} Зная диаметр турбины Dx и КПД модели, можно определить КПД i].r натурной турбины. Необходимо определить также повышение напора при гидравлическом ударе.
Рис. 23-5. Повышение напора турбины при практически линейном изменении относительного приведенного расхода воды q
В гл. 19 показано, что если начиная со второй фазы изменение относительного при-веденного расхода q будет происходить практически по прямой линии, то повышение на-пора в конце всех фаз гидравлического удара будет приблизительно одинаковым. Обычно с момента Тл > Тр проводят замедление закрытия. На рис. 23-4 показан схематизированный график изменения q. Здесь Т3 означает фактическую полную про-должительность закрытия направляющего аппарата, а 7ЗЛ = Т3.р —-полную продол-жительность линейного закрытия аппарата при отсутствии замедления. При таком изме-нении q получим график изменения напора ДЯр в конце фаз гидравлического удара, на котором (рис. 23-5) штриховой линией 1 показано повышение напора при линейном изме-нении q до конца закрытия направляющего аппарата.
Известно, что вследствие повышения напора от гидравлического удара мощность турбины сначала возрастает, а затем уменьшается по мере закрытия направляющего аппарата.
Можно предположить, что изменение мощности турбины будет характеризоваться кривой типа 1 (рис. 23-6).
Для капсульных агрегатов надо учитывать сумму трех моментов инерции Ja = = JT + JUM. Для радиально-осевых и поворотнолопастных турбин момент инерции рабочего колеса турбины и присоединенных масс воды во много раз меньше момента инерции ротора гидрогенератора. Например, для агрегата мощностью 72 МВт и напора 40 м моменты инерции рабочего колеса турбины и присоединенных масс воды составляют всего около 1,5 % момента инерции ротора гидрогенератора. Поэтому в расчет вводят только момент инерции ротора гидрогенератора.
Как известно, Как показано в гл. 19, при линейном изменении q (без замедления) относительное повышение напора АНр/Н0 немного превосходит а. Примем AHp/H0=kop, где k ~ 1,1 —1,2. После соответствующих подстановок получаем
Наиболее сложным оказывается определение продолжительности Тр от начала закрытия направляющего до достижения максимальной частоты вращения агрегата. На основании натурных испытаний турбин можно установить отношение Тр/Тз ч., которое зависит от типа турбины. Так как Т3 > Т , то, принимая в расчет продолжительность закрытия Т3 до холостого хода, будем получать несколько преувеличенное значение |3, т. е. завышенную частоту вращения «тах. Приближенно принимаем для радиальноосевых турбин Т3 ~ л, а для поворотнолопастных турбин Т3 = §,1Т л-
По зависимостям (23-12) и (23-17) можно определить 3. Необходимо помнить, что nmax ~ не может быть больше разгонной частоты вращения, которая получается в том случае, когда при отключенном от сети генераторе агрегат работает длительное время с полным открытием направляющего аппарата турбин (см. § 8-6). Стремятся получить р не более 0,6 с тем, чтобы при сбросе полной нагрузки максимальная частота вращения превышала бы номинальную частоту не более, чем в 1,6 раза. Уменьшение значения р можно получить за счет уменьшения Т3, но это повлечет за собой повышение напора при гидравлическом ударе.
В предварительных расчетах принимают, что максимальное повышение напора при сбросе полной нагрузки не должно превосходить при Н0 > 100 м — 30 %, при Н = 100 м— — 40 м — 50 % и при Я < 40 м — 70 %.
Специально увеличивать маховой момент генератора не рекомендуется. Поэтому основным мероприятием для снижения р и А-mах следует считать уменьшение длины на-порного тракта турбины посредством сокращения длины турбинного трубопровода и устройства холостых выпусков на спиральных камерах высоконапориых радиально-осевых турбин средней мощности или отклонителей струи ковшовых турбин. Увеличение диаметра трубопровода влечет за собой значительное его удорожание и поэтому не рекомендуется.
При детальных расчетах принимают заданный заводом закон закрытия направляющего аппарата, производят тщательное обоснование значения Т3, учитывают запаздывание действия регулятора скорости турбин, определяют влияние 73 на регулирование частоты тока в энергосистеме, производят детальный расчет гидравлического удара, учитывают инерцию массы воды в турбине и т. д.