Курсовая работа: Гидравлический расчет гидросистемы деривационной гидроэлектростанции

Описание объекта расчета

Объектом расчета в данной работе является гидросистема деривационной гидроэлектростанции, схема которой представлена на рис. 1. В деривационной ГЭС напор создаётся за счет естественного понижения местности от напорного бассейна (отметка - ▽A) до отводящего канала (отметка - ▽B). Основным элементом ГЭС является гидротурбина, вал которой соединен с генератором, вырабатывающим электроэнергию. Гидротурбина представляет собой расположенное в корпусе лопастное колесо, которое преобразует механическую энергию несомую протекающим потоком воды (расход воды – Q) в механическую энергию вращающегося вала турбины. Вода подводится по напорному водоводу длиной – L, диаметром – D, эквивалентная шероховатость стенок водовода - ∆₁. Отработавшая вода по отсасывающей трубе поступает из турбины в отводящий канал.
Для регулирования частоты вращения n турбины на водоводе установлен дисковый затвор (отметка уровня расположения цапфы затвора -▽C, угол наклона канала водовода в месте установки затвора - α, диаметр цапфы затвора - d_з, коэффициент трения скольжения в цапфах – f).
Смазка и охлаждение подшипника турбины осуществляются самосмазом (см. рис. 2а), представляющим собой закрепленный на вале турбины барабан (радиус - R₀, высота - b) c отверстием в крышке. Часть W объема барабана заполнена смазочным маслом (плотность - ρ, кинематический коэффициент вязкости или просто кинематическая вязкость вязкость - ν). При вращении турбины масло в барабане вращается с той же частотой, что и барабан. Для его подачи к подшипнику (на высоту h) служит труба (длина трубы - l, диаметр трубы - d, эквивалентная шероховатость стенок трубы - ∆₂ ), приемное отверстие которой расположено внутри слоя смазочного масла на радиусе R₁ перпендикулярно линейной скорости V₀ на этом радиусе вращения (рис. 2б). Расход смазочного масла, необходимый для полноценной работы подшипника скольжения – q. Отработавшая смазка сливается обратно в барабан самотеком.
Задание

Выполните гидравлический расчет гидросистемы и её элементов при следующих данных:
отметка уровня воды в бассейне ▽A – 200 м;
длина канала турбинного водовода L – 2200 м;
диаметр канала турбинного водовода D – 1,2 м;
эквивалентная шероховатость стенок турбинного водовода Δ₁ - 2 мм;
отметка уровня расположения цапфы затвора ▽C – 40 м;
угол наклона канала водовода в месте установки затвора α – 20^о;
диаметр цапфы затвора d_з – 0,15 м;
коэффициент трения скольжения в цапфах f – 0,2;
отметка уровня воды в отводящем канале ▽B – 20 м;
радиус барабана самосмаза R₀ - 2 м;
высота барабана самосмаза b – 0,15 м;
плотность смазочного масла ρ – 800 кг/м³ ;
кинематический коэффициент вязкости (кинематическая вязкость) смазочного масла ν – 0,36 Ст;
объем смазочного масла, заливаемого в барабан самосмаза
W – 0,1 м³;
высота подачи смазочного масла (высота расположения выходного сечения трубки самосмаза по отношению к входному сечению) h – 3 м;
длина трубки самосмаза l – 4 м;
диаметр трубки самосмаза d – 12 мм;
эквивалентная шероховатость стенок трубки самосмаза Δ₂ – 0,1 мм;
частота вращения турбинного колеса n – 200 об/мин.
плотность воды r = 10³ кг/м³;
кинематический коэффициент вязкости (кинематическая
вязкость) воды n = 10^-2 Ст.

Этап первый

Гидростатические расчеты.

• 1. Вычислите силу давления воды на дисковый затвор, перекрывающий сечение турбинного водовода. Считать, что за затвором вода отсутствует и давление воздуха равно атмосферному.

Какой внешний момент силы нужно приложить к затвору, чтобы удержать его в закрытом положении?

• 2. Какая сила действует на верхнюю крышку самосмаза при его вращении с заданной частотой при отсутствии поля сил тяжести и при его существовании?

Этап второй

Расчет кинематических и динамических параметров
движения жидкости

• 1. На каком радиусе R₁ следует разместить приемное отверстие трубки самосмаза, чтобы при заданной частоте вращения турбинного колеса подача смазки q равнялась 0,15л/с.
• 2. Постройте график зависимости напора, который поток передает турбинному колесу в функции от протекающего расхода (потерями напора в отсасывающей трубе пренебречь; затвор в турбинном водоводе считать полностью открытым и его коэффициент сопротивления принять равным ζ = 4).

Этап третий

Расчет параметров работы гидромашины в системе.

• Определите расход потока в водоводе, при котором мощность турбины максимальна.