ЗАДАНИЕ 5-3-3 (Проект 5-3-3)

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

по курсу МЖГ

ВАРИАНТ 5-3-3

ТЕМА

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 – 300 м;

длина канала турбинного водовода L – 3000 м;

диаметр канала турбинного водовода D – 1,5 м;

эквивалентная шероховатость стенок турбинного водовода Δ₁ - 2 мм;

отметка уровня расположения цапфы затвора ▽C – 50 м;

угол наклона канала водовода в месте установки затвора α – 15^о;

диаметр цапфы затвора d_з – 0,22 м;

коэффициент трения скольжения в цапфах f – 0,2;

отметка уровня воды в отводящем канале ▽B – 15 м;

радиус барабана самосмаза R₀ - 1 м;

высота барабана самосмаза b – 0,15м;

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 – 0,09 м³;

высота подачи смазочного масла (высота расположения выходного сечения трубки самосмаза по отношению к входному сечению) h – 4,0 м;

длина трубки самосмаза l – 5 м;

диаметр трубки самосмаза d – 15 мм;

эквивалентная шероховатость стенок трубки самосмаза Δ₂ – 0,1 мм;

частота вращения турбинного колеса n –140 об/мин.

плотность воды  = 10³ кг/м³;

кинематический коэффициент вязкости (кинематическая

вязкость) воды  = 10^-2 Ст.

Этап первый

Гидростатические расчеты.

Срок выполнения: 7 неделя.

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?

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

Дополнительное задание:

1. Для углубления знаний теоретических аспектов механики жидкости и газа по разделу «Гидростатика» написать краткий реферат на тему: «Закон распределения давления в жидкости, находящейся в поле сил тяжести и движущейся вместе с сосудом, в который она налита, прямолинейно с постоянным ускорением или вращающейся вместе с этим сосудом с постоянной угловой скоростью».

2. Для освоения методики расчета элементов гидроприводов, основанной на применении законов гидростатики, решить задачи из “ Сборника задач по машиностроительной гидравлике” под редакцией И. И. Куколевского и Л. Г. Подвидза: II - 13; III - 3; IV - 2; IV – 23.

Этап второй

Расчет кинематических и динамических параметров

движения жидкости

Срок выполнения: 13 неделя.

1. Пренебрегая влиянием силы тяжести на распределение давления в барабане самосмаза, определить, на каком радиусе R₁ следует разместить приемное отверстие трубки самосмаза, чтобы при заданной частоте вращения турбинного колеса подача смазки q равнялась 0,16л/с.

2. Постройте график зависимости потерь напора в водоводе в функции от протекающего расхода (затвор в турбинном водоводе считать полностью открытым и его коэффициент сопротивления принять равным ζ_з = 4).

Дополнительное задание:

1. Для углубления знаний теоретических аспектов механики жидкости и газа по рассматриваемым в курсовой работе разделам «Гидродинамики» написать краткий реферат на тему: «Отличительные особенности ламинарного и турбулентного режимов течения жидкости. Критерий перехода ламинарного режима течения в турбулентный в трубах с круглым поперечным сечением».

2. Для освоения методики расчета элементов гидроприводов, основанной на применении законов гидродинамики, решить задачи из “ Сборника задач по машиностроительной гидравлике” под редакцией И. И. Куколевского и Л. Г. Подвидза: VII –11; IX - 9; X – 24.

Этап третий

Расчет параметров работы гидромашины в системе.

Срок выполнения: 15 неделя.

Определите:

1. Максимальную мощность, которую можно получить в турбинной установке. предполагая КПД турбины η_т = 0,88;

2. Каковы будут при максимальной мощности турбинной установки расход через турбину и КПД водоводаη_вд.

Указание: Полезная мощность установки

N=Qρg (H – h_п)η_т,

H_п – потери напора в водоводе.

КПД водовода

η_вд = (H – h_п) / H.

Пользуясь формулой для потери напора

h_п = 0,0827λL_э Q² / D² (где L_э – эквивалентная длина водовода при коэффициенте сопротивления затвора ζ_з = 4)

исследовать на максимум выражение для мощности N в зависимости от расхода.

Рекомендация: воспользоваться сведениями, приведенными во вводной части к XIV главе “ Сборника задач по машиностроительной гидравлике” под редакцией И. И. Куколевского и Л. Г. Подвидза.