Георгиев Л.А. Експлоатация на Водносиловите системи (болг. яз.)
Подождите немного. Документ загружается.
дължителни наблюдения
се
установява,
1
че
особено
устойчиви
на из-
носване
са
мангановите
и
никел-мангановите
сплави. Иглите
и
краят
на
дюзите
при
Пелтон турбините, изготвени
от
хром-никел-молибдено-
ва
стомана,
са
много трайни
даже
при
голямо,
съдържание
на
наноси
в
работната
вода.
Обнадеждаващи
резултати
са
постигнати
при
нанос-
ната
ерозия чрез покрития
от
епоксидна смола
и от
неопренов каучук,
които
се
оказват
много устойчиви
на
изтриване.
Фиг. 208.
Ю.витация
при
турбиниа
лопатка
р—налягане
на
водното
течение около
лопатката
;
р'
—
пони-
жено налягане,
при
което
за
дадената
темпера!ура
водата
почва
да се
изпарява
;
/
повърхност
на
лопатката,
подчо-
женапа
повишено
налягане;
2
повърхност
на
лопатката,
подложена
на
понижено
налягане
; о
разпределение
на
на-
лягането
върху
повърхността
/ ; 4
разпределение
на
на-
лягането
върху
повърхността
2
Издръжливостта
на
ерозия
при
отделните детайли
на
турбината
е
различна
и
определя
сроковете
за
тяхното
подЛняване,
Според
ита-
лианската
практика
при
наличие
на
наноси
в
работната
вода
твърдо-
сплавната чаша
на
дюзите
(фиг.
203) трябва
да се
подменя
след
7000
работни часа,
а
иглата
—
след
2500
часа. Французки източници препо-
ръчват
подменяването
им
съответно
след
9000
и
4000
работни часа.
При
сравнително чиста
вода
дюзата
трябва
да се
сменя
най-много
след
10 000
часа,
а
иглата
—
всяка
година,
в
кран
на
лятото.
В
про-
тивен случай
се
наблюдава
понижаване
на
коефициента
на
полезното
действие
на
турбината
в
размер
1 — 6
%.
г.
Кавитация
Кавитацията
е
сложно физическо явление,
което
може
да се
прояви
навсякъде,
където
под
влияние
на
водното
течение
се
създава
област
на
понижено налягане.
Кавитационни
явления
могат
да се
наблюдават преди
1
Воуе*,
ТЬ.
СопШЪиНоп
а
ГЕ1исЬ
би
РЬепошепе
сГсговюп
раг
РгоИтеп^
с!апз
1а
Вотате
йез
ТигЬтез
Ьус1гаиНс]ие5,
—
Ви11.
ТесЬшцие
(1е
1а
Зшзе
Котапс1е,
1958,
№3,
стр.
37.
251
вси
чко
при
турбините
и
смукателните
им
тръби,
но
също
така
и при
затворните
органи, преливниците
и
водопровеждащите
съоръжения.
Ако в
някоя
област
на
водното течение налягането
р се
понижи
до
размера
/?'
(фиг. 208),
при
който
за
дадената температура
водата
Фиг. 209.
Кавитанионни
разрушения
върху
метална
повърхност
«—изглед
на
повърхността
;
б—разрез
през
разрушеното
място
започва
да се
изпарява, появяват
се
мехурчета,
запълнени
с
водна пара
и
въздух.
Те
започват
да се
увличат
от
течението
в
зони
с
по-високо
налягане,
където
парата веднага кондензира
и се
превръща отново
във
вода.
Вследствие
на
това
в
освободените
от
водните пари мехур-
чета
въздухът
силно
се
разрежда
и се
създава
вакуум.
В
резултат
намиращата
се под
налягане външна
вода
нахлува
бързо
и
енергично
в
мехурчетата
и
предизвиква моментално повишаване
на
налягането
в
тях
до
стотици,
а
понякога
и до
хиляди атмосфери. Поради еластич-
ността
на
въздуха
и
инерцията
на
водата
този процес
се
превръща
в
колебателен
—
мехурчетата
се
разширяват
при
нахълтването
на
вън-
шната
вода,
но
след
това
еластично
се
свиват. Така възникват
пулсации,
достигащи
до
стотици
броя
в
секунда.
Под
тяхно влияние металната
или
бетонната повърхност
на
съоръжението
се
подлага
на
силни хид-
равлични
удари
с
противоположни посоки, които постепенно
я
разру-
шават.
За
това
спомагат
и
нанесените
от
износната
ерозия
и
химичната
корозия
наранявания
на
материала.
Кавитационните
разрушения
при
металите имат характерна
гъбеста
структура
(фиг. 209),
резултат
от
проявяващия
се при
явлението вакуум.
252
Вследствие
на
пулсациите кавитацията
се
съпровожда
от шум ,
удари
и
често пъти
с
вибрации
на
цялото съоръжение, както
и от
електри-
чески
явления, светене
на
мехурчетата, усилена химична корозия,
при-
чинена
от
обогатената
с
кислород въздушна
смес
при
металната
повърхност.
От
кавитационни разрушения страдат
най-много
реактивните
тур-
бини,
но от тях не са
пощадени
и
активните.
При
първите
това
явление
се
наблюдава най-често
върху
задната част
на
лопатките
на
работно-
то
колело
(фиг. 208)
и
върху
неговия пръстен. Турбините Пелтон
получават
кавитационни разрушения
върху
иглата
на
дюзата
и
около
дъгообразните изрезки
на
лопатките
на
работното колело.
По
време
на
експлоатацията кавитацията
се
отстранява трудно,
тъй
като
тя е
свързана
с
конструктивни недостатъци
при
оформяването
на
турбините.
Известно подобрение може
да се
постигне чрез подаване
на
сгъстен
въздух
в
местата
с
понижено
налягане.
По
този
начин
се
предотвратява образуването
на
вакуум. Този способ
се
прилага
при ре-
активните
турбини,
но
предизвиква намаляване
на
мощността
им, тъй
като
намалява смукателната
височина.
Освен
това
се
получава
силно
и
неприятно свистене
при
работата
на
турбината. Този способ
се из-
ползува
у нас при ВЕЦ
„Ст.
Загора"
за
предотвратяване
на
кавита-
ционните
явления
при
доставените
от
Чехословакия Францис-турбини.
При
всички случаи,
при
които
не
може
да се
помогне
с
подаване
на
сгъстен
въздух,
подложените
на
кавитационно разрушение
детайли
на
турбината
се
възстановяват периодично.
За
целта чрез електроза-
варка
върху
разядените места
се
напластяват устойчиви
на
кавитзция-
та
стоманени сплави. Така обработените плоскости
се
подлагат
на
термообработка,
след
което
се
шлайфват
и
полират.
По
този
начин
се
възстановяват
и
разрушения
от
химичната
корозия
и
напоената
ерозия.
Едно работно колело
при
турбини
Францис
има при
нормални
условия
живот
от
около
20 000
часа, като през това време
то се
въз-
становява
чрез напластяване
4 — 5
пъти. Всяка една
от
тези поправки
струва
средно около
1% от
стойността
на
турбината.
При
по-интен-
зивни
кавитационни явления тези разходи обаче съществено нарастват.
Така
при
централи
във
Франция
те
достигат
средно
годишно
до
2,5%.
Ако
се
вземе освен това
и
стойността
на
непроизведената
по
време
на
ремонта електроенергия, тези разходи нарастват средно годишно
до
3,6%
от
стойността
на
Францис турбината.
В
случай
че
ремонтът
не се
прави своевременно, работното коле-
ло
може
да се
прояде изцяло
и
коефициентът
на
полезното действие
да
се
намали
с 30 -
40%.
Това
води
до
много големи загуби
на
електроенергия, поради което
се
налага състоянието
на
турбините
периодично
да се
контролира.
В
първите
5000
—
10000
работни часа
намалението
на
коефициента
на
полезното действие вследствие
на
кавитацията
е
почти еднакво
при
всички видове турбини.
При
по-про-
дължителна експлоатация
без
съответен ремонт това намаление
се
развива
по-бързо
при
реактивните турбини, особено
ако
работят
пре-
димно
с
товар
под
у
2
от
номиналната
им
мощност.
253
д.
Повреди
от
попаднали
в
турбината
влачени
и
плаващи
тела
Въпреки
че в
началото
на
напорния
тръбопровод
се
поставят фини
решетки,
не са
редки случаите,
когато
през тях, особено
по
в^
еме
на
почистването
им, в
турбината
се
промъкват по-едри камъни, шума,
ледена каша
и
други влачени
или
плаващи
тела.
Тези материали могат
да
причинят големи повреди преди всичко
при
турбините
Пелтон.
Твърди камъни, навлезли
в
дюзита,
водят
до
нейното нараняване,
а
в
някои
случаи
и до
разрушаването
й.
Пелтон-турбините
са
чувстви-
телни
и по
отношение
на
попаднала
в тях
ледена каша
и
даже
широ-
колистна
шума.
Те
задръстват
дюзата,
а в
някои случаи
и
кожуха
около работното
колело
и
спират
достъпа
на
вода
в
турбината.
обио
агарийио
състояние
бе
наблюдавано
при
Пелтон-турбините
на ВЕЦ
..13ч»р:м?я
в
от
Петрохлнскатя
касклда.
В
късна есен
от
широколистния горски район
във
а
попада
го;::-:.\ю
ко.шчеспю
шума. Една вечер, когато централата
триона
да
о'ъде
;
::н
покрг
ьрхсшия
товар, едната
от
турбините
въпреки
ксички
опити
.
При
отваряне
па
кожуха
н се
ускшовяна
че той
н
, ,
та
С:
•;
шума
до
такава
степен,
че
никакво
раадгпжв^не
л,<
работ-
ТуроЧгмта
бе
пусната
отново
в
действие
след
о^пОоНо
Реактивните
турбини
са
по-малко
чувстЕИгелнь
към
попаднали
в тях
чужди тела,
тъй
като водопровеждащото сечение
между
лопатките
им е
по-голямо. Преминалите през
тях
твърди
тела предизвикват само
на-
ранявания
на
металната повърхност, които способствуват
за
по-бързото
развитие
на
кавитационните разрушения.
Повреди
на
турбините
от
попаднали
в тях
влачени
и
плаващи
тела могат
да се
предотвратят само чрез
подходящо
оразмеряване
на
решетките
пред
напорния
търбопровод.
Намаляването
на
разстоянието
между
пръчките
създаба
по-голяма сигурност
за
турбините,
но
води
до
по-големи хидравлични
съпротивления
и до
увеличаване загубите
на
електроенергия.
При
централи
с
висок пад,
при
които
се
използуват
и
по
чувствителните
към
чужди тела
Пелтон-турбини,
тези загуби
не
са от
такова голямо значение.
По
тази
причина,
когато
водата
носи
различни
материали, опасни
за
хидравличните машини,
е
целесъобразно
да се
поставят
по-фини решетки.
В
някои случаи
се
препоръчва пред
напорния
търбопровод
да се
предвиждат
два
вида решетки: летни
с
по-малки
разстояния
между
пръчките
и
зимни
—
когато водите
са по-
чисти,
с
по-големи
отвори.
38.
ЕКСПЛОАТАЦИОННИ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
НА
ВОДНАТА
ЕЛЕКТРИЧЕСКА
ЦЕНТРАЛА
Експлоатационните характеристики
на
водната електрическа централа
представляват
показатели
за
енергийното използуване
на
речния уча-
стък.
Те се
дават
най-често
в
графична форма
като
функция
на
работ-
ното
водно
количество
ф
или на
отдадената
мощност
N. С
тяхна
254
помощ
може
яо
време
на
експлоятяцкягя
№
С€
&&&
22
ното
превръщане
на
наличната
водна енергия
в
електрическа.
Към
екс-
плоатационните
характеристики
на
централата спадат коефициентът
на
полезното
действие
на
деривацията
г)
д
,
работните
и
експлоатацонните
диаграми
на
турбината, генератора, агрегата
и
турбинния
блок,
както
и
разходът
на
вода
за
произвеждане
на
единица мощност
и
енергия.
а.
Коефициент
на
полезното
действие
на
деривацията
От
значение
за
производството
на
електроенергия
са
загубите
Д/г,
реализирани
при
провеждането
на
работната
вода
от
водовземането
до
водоприемника
под
централата. Като показател
за
тези
загуби
се из-
ползува
коефициентът
на
полезното действие
на
деривацията
у]
д
,който
представлява
отношението между работния
пад
Н
р
при
дадено водно
количество
или
мощност
и
пълния
пад
Н на
водносиловото стъпало,
равен
приблизително
на
разликата между котите
на
горното
и
долното
водно
ниво,
т. е.
„Я--А/2
Я
р
Чд
—
/-/
Н
>
'
Размерът
на
пълния
пад Н
може
да се
приеме приблизително
константен
при
средно-
и
високонапорни
централи
на
течащи
води.
При
всички
останали случаи
той се
мени
в
зависимост
от
работното
водно
количество
и
естествения приток
в
реката
и
може
да се
определи
като разлика между
ходовите
криви
на
водните стоежи
при
горното
и
долното
водно
ниво
(фиг.
210).
По
време
на
експлоатацията
той се
устано-
вява
чрез водочетите
при
водовземането
и при
изтичането
на
долната
вада
във
водоприемника
(река,
водоем
и
пр.).
Хидравличните
загуби
при
безнапорните водопровеждащи
съоръже-
ния
Д/г
=
У/,
се
определят
от
техния
наклон
^
и
дължина
/,.
Те се
влияят
незначително
от
промените
на
водните количества
и на
мощността
на
централата.
При
напорните деривации хидравличните
загуби
ДА,
респек-
тивно
работният
пад
/7
р
//-—ДА,
са
функция
от
водните количества
и
предизвикваните
от тях
изменения
на
скоростта. Работният
пад на
цен-
тралата зависи
също
така
и от
състава
на
водопровеждащите
съоръже-
ния
и
техния
режкм
ва
работа. Така
за
хидравличните
загуби
е
от
значение
броят
на
търбите
при
дюкерите
и
напорните
търбопроводи.
Освен
това'
напорните съоръжения
ще
работят
с
повишен коефициент
на по-
лезно
действие, когато
е
включена само една част
от
подхранваните
от тях
агрегати,
тъй
като
в
този случай
ще е
налице по-малка ско-
рост
на
водата.
Кривите
за
коефициента
на
полезното действие
на
деривацията
(фиг.
211)
се
съставят
по
непосредствени измервания
на
наличните
падове
Н и
//
р
при
различен режим
на
работа
на
централата.
За
целта
се
използуват методите, изложени
в т. 37 а. При
липса
на
такива
из-
мервания
кривите могат
да се
изчертаят
по
данните
от
проекта чрез
детайлно изчисляване
на
падовете
и на
хидравличните загуби
при
255
характерните работни режими
на
централата. Очевидно
резултатите,
получени
по
този
начин,
са
по-неточни
от
тези
при
непосредственото
измерване.
|ЛЯ7
5
950
^
|"Ш
^
920
*о
910
№
м
I/
та
1
/
{.
\
>
V
л
н
\
Ч
\
4
^х
/
/
^
XIхи
I и ш /V V
\//
мити
х
ч/и
Ч.
Ч
Ь®
|
Но
§
*^
^
ч20
^
у
/
^
к
^
л
N
V
^1
М—
-—
>
•
„
/
/
^"
*/,
///
Фиг.
210.
Определяне
па
пълния
пад
Н на
подносиловото
стъпало
/—ходокп
крипа
на
водните
стоежи
н'}>п
подо-
храиилището
; 2 —
ходова крива
на
йодните
сюежи
при
изтичане
на
долната
вада
във во-
доприемника
(река, водохранилище
и
пр.)
;
-З
—
ходока
крива
на
пълния
пад на
водноси-
ловото
стъпало
50 75
100
Фиг.
211.
Експлоатационни характери-
стики
на
малка водна електрическа
централа
с два
агрегата
/
и 2 —
коефициент
на
полезно действие
на
деривацията
при
работа
на
един
и на два
агрегата
256
б.
Работна
и
експлоатационна
диаграма
на
турбината
Пои
малки колебания
на
пада основна характеристика
на
турбината
е
работната
й
диаграма
^=/(М)
или
г^-ср(О),
която дава изменението
на
коефициента
на
полезното действие
'във
функция
от
мощността
или
2=
Щ
7.8583^8^87
88
%
88%
87
86 85
Фиг.
212.
Експлоатацион-
на
диаграма
на
водна
турбина
водното количество (фиг.
211).
Работната диаграма"
се
определя чрез
непосредствени
измервания, описани
в т. 37 а.
Когато падът
на
турбината
се
изменя силно, използува
се
експлоа-
тационната
й
диаграма
г^/(Л/,Ь)
или
7г;
=
<р(дЛ],
която представлява
връзката
между
коефициента
на
полезното действие
на
турбината,
мощността,
респективно водното
количество,
и
пада (фиг. 212).
\
построява
от
работните диаграми, установени
за
различни падове чрез
непосредствено измерване. Освен изолиниите
за
коефициента
на по-
лезното
действие
върху
експлоатационната диаграма
се
нанасят
и
гра-
ничните линии
на
смукателната височина,
при
които
се
предотвратяват
кавитационни
явления
в
турбината. Тези криви позволяват
да се
опре
деля нейната пределна работна мощност
в
зависимост
от
колебанията
на
долното водно ниво.
в.
Работна
диаграма
на
генератора
Работната диаграма
на
генератора
дава
изменението
на
коефициента
на
полезното
му
действие
с
товара,
т. е.
ч
г
=/(Л/)
(фиг.
211).
Тази
връзка
се
установява
при
изпитването
на
качеството
на
турбините
(вж.
т . 37 а)
или
се
приема
от
заводското
измерване.
17
Експлоатация
на
водносиловите системи
257
г.
Работна
и
експлоатационна
диаграма
на
агрегата
и
на
турбинния
блок
Работната
и
експлоатационната диаграма
на
агрегата, съставен
от
турбина
и
генератор,
се
дефинират
с
изразите
и
дават
изменението
на
общия коефициент
на
полезното действие
на
агрегата
във
функция
от
отдадената мощност
на
клемите
на
генера-
тора
А/д,
респективно
от
пада
Н.
Когато
в
рав.
(64)
се
вземе
под
внимание
и
коефициентът
на
полезното действие
на
деривацията
г^
д
,
получава
се
характеристика
за
съвместната работа
на
деривацията, турбината
и
генератора.
Тя се
нарича
работна, респективно експлоатационна диаграма
на
турбинния
блок
и се
дава
със
зависимостта
Г
4
*
Ч
д
•
Ч?
•
Ч
г
^/04)'
Респективно
45.--Ч
Д
.Ч?.Ч
Р
К^н\
Стойностите
за
т^
д
,
т]р,
г^
и
г^
се
получават
за
различно натовар-
ване
и пад от
съответните диаграми
на
деривацията, турбината
и ге-
нератора (фиг.
211).
д.
Показатели
за
енергийното
оползотворяване
на
водата
Оползотворяването
на
наличната
вода
в
енергийно отношение
има
важно
експлоатационно
и
стопанско
значение.
Ето
защо трябва
да се
следи
за
количеството
вода,
което
се
изразходва
за
получаването
на 1
Ь
Ш
мощност
и за
производството
на
1МЛ
електроенергия.
Водното
количество
в
т
:{
/з,
необходимо
за
получаването
на 1
\СМ
мощност, може
да се
получи
от
известното уравнение
за
мощността
на
агрегата, респективно
на
турбинния блок
Л/],
=
9,81
@//
р
.у;
а
,
респек-
тивно
Л
бл
=
9,81
ф
-^-Чбл>
ако
се
приеме
Л^
а
=
Л^
бл
—1.
По
този
начин
се
определя специфичният
разход
на
вода:
0,102 0,102
,
§|
\
ч
н
т
н
-
["т'/*)-
(бб)
''р-Ча
1Л
•
'<бл
Ако
агрегатът,
респективно турбинният блок, работи
с
променлива
мощност, изменят
се и
т^,
респективно
г;
бл
,
а в
резултат—
и
специфич-
ният
разход
на
вода.
Когато
падът
е^приблизително
константен,
зав.
(66)
дава
една крива
с
ясно изразен минимум
за
д,
а при
променлив пад—
семейство
от
такива криви (фиг. 213).
От тях
лесно може
да се
опре-
дели
областта
на
най-икономичната
работа
на
турбинния блок.
Количеството
вода
в
гтг
}
,
необходимо
за
произвеждането
на
1АМ
електроенергия,
може
да се
установи
от
уравнението
за
мощността.
Така,
ако
турбинният блок работи
с
мощност
1
Ь
Ш,
в
продължение
на
258
3600
8 ще
изработи
1
^\УЬ
=
3,6 МЛ
електроенергия.
За нея ще се
изразходва
специфичен
воден
обем,
равен
на
102 102
г
я/ддт!
=
=
гг—
-[т
3
/МЛ].
1
'
(67)
Специфичният
воден обем може
да се
използува
за
определяне
на
енергийния
обемна
водохранилищата,
а
именно
Е—
——
—
-
13}
[МЛ],
(68)
където
УУ
е
завиреният полезен обем
на
водохранилището
Н —
пълният
пад на
турбинния
блок,
смятан
от
центъра
на те-
жестта
на
полезния обем.
Фиг.
213.
Криви
за
специфичния
раз-
ход на
вода
/77^
5
9
\\\
\
\
-^
-9
ли.
^
/М
1
150г
н--
^
Г7
=
16
От
;*=/
70т
^
Мощност
/У
;
/
Фиг.
214. Разходна
характеристика
на
агрегата
5
№
№
3,0
?0
0
^
у
^
^
^"
^
^
^
/
А
/
1
Ма,
М
м
О
8
Интерес
за
експлоатацията представлява
също
разходът
на
вода
за
всеки агрегат
при
различна негова мощност. Този
показател
се
нарича
разходна
характеристика
на
турбината
или на
агре-
гата
<3--=/(М
а
)
и се
дава
в
графична форма (фиг. 214). Изчертава
се
259
по
данните
от
непосредствени измервания
на
водното количество
,и
отдадената
при
него мощност.
Ако
липсва такава възможност, кривата
може
да се
построи
по
изчислителен
път от
уравнението
за
мощ-
ността
и
работната диаграма
на
турбинния
блок.
е.
Разходна характеристика, работна
и
експлоатационна
диаграма
на
централата
Когато
в
машинната зала
на
централата
са
инсталирани повече
от
един
агрегат, коефициентът
на
полезното действие
при
превръщането
на
енергията зависи
от
съвместната работа
на
турбогрупите.
За да мо-
же
по-лесно
да се
подбере оптималното разпределение
на
товара
между
тях, целесъобразно
е да се
състави работна
и
експлоатационна
диа-
грама
на
централата. Най-често
в
машинната зала
се
монтират едно-
типни
агрегати, което облекчава
поддържането
им и
определя
начина
за
съставянето
на
търсените характеристики.
Така работната диаграма
на
централа
с две
еднотипни
турбогрупи
(фиг.
215)
се
получава чрез наслагане
на
двете
работни'диаграми
на
агрегатите
върху
една обща координатна
система,
като втората
се
30
60
1,5
30
15
?5й
У
Й
/
/
(
/
/
/
/
/
/
4
'
—
/
,—
•"
Х'''
^
•^
^
~
Мощност
на
с
%от
пълнаг
III
1
[Ч
и?
^
*^^
0
>ЕЦ
(2
агрегата)
В
па
мощност
1)11
--
о/
'0
ч,
/
1
(
7
>
/
'
1
/
^
\
—
I
^
6
^
-С
*^
О
10 20 30
ЬО
50 60 70 80 90 100
010
2030
М
50601080
90
100
\
Моьцност^
на
агрегата
в % от
пълната
му
мощнон
О
1020
30
М
50
60
70
80
90
ЮОЪ
\^3она
за
работа
на
^1
Зона
на
работа
на
I
един
агрегат
дба
агрегата
Фиг.
215.
Работна
диаграма
на
централа
с две
групи
разтегля
два
пъти
по
абсцисната
ос.
Удвояването
на
абсцисите
се на-
лага поради това,
че в
зоната,
в
която работят
двете
турбини заедно,
се
развива
два
пъти по-голяма мощност. Аналогично
се
строи работ-
ната диаграма
за
централа
с три
турбогрупи:
абсцисната
ос на
нова-
260