Комплексна оцінка обґрунтування вибору типу високонапірної гідротурбіни

Abstract

Гідравлічні турбіни використовуються для перетворення енергії поточної води у обертальну механічну енергію. Гідротурбіни експлуатуються за різних умов, тому необхідно враховувати зміни споживаної потужності та умов вхідного потоку. У гідротурбінах з високою питомою швидкістю, робота з частковим навантаженням та кавітаційні умови створюють дуже складні внутрішні структури потоку, які важко точно передбачити, зберігаючи при цьому розумні обчислювальні витрати. Кавітація є проблемою на ГЕС і вона більш помітна у гідротурбінах, що працюють не за проєктними умовами. Ковшова турбіна, гідравлічний первинний двигун, використовує кінетичну енергію струменів води високого тиску для обертання робочих лопаток, перетворюючи енергію води на механічну енергію. Завдяки своїй простій конструкції та можливості застосування в умовах високого та надвисокого тиску, вона довгі роки є основним обладнанням електростанцій. Радіально-осьові гідротурбіни широко використовуються в усьому світі завдяки своїй адаптивності, високій ефективності та універсальності в широкому діапазоні умов експлуатації. Зважаючи на значне накладання робочих діапазонів радіально осьових та ковшових гідротурбін (200–800 м), для конкретних проєктів, потрібне проведення комплексної оцінки обґрунтування вибору типу високонапірної гідротурбіни. Проєктування високонапірної радіально-осьової та ковшової гідротурбіни утруднене через складну картину течії потоку в елементах проточної частини. Ерозія осаду суттєво впливає на гідравлічні механізми, особливо на радіально-осьові гідротурбіни, якщо вони працюють у потоках, завантажених осадом. Це явище відіграє вирішальну роль у зменшенні вироблення енергії та експлуатаційних проблем. Враховуючи, що радіально-осьові гідротурбіни відіграють життєво важливу роль у виробництві гідроенергії та є найбільш широко використовуваними серед гідротурбін, вони повинні витримувати значний вплив ерозії осаду. У цій статті описані відносні переваги агрегатів кожного типу для різних умов та робочих режимів. Крім гідравлічних параметрів, економічного обґрунтування та довговічності роботи необхідно враховувати чутливість гідротурбін до піщаної ерозії. У статті наводиться огляд типів високонапірних гідротурбін та обґрунтування їх вибору при проєктуванні високонапірної ГЕС. Проведено порівняння активних та реактивних гідротурбін. Розглянуто питання, пов'язані із проєктуванням елементів проточної частини гідротурбіни.Hydraulic turbines are used to convert the energy of flowing water into rotational mechanical energy. Hydraulic turbines are operated under different conditions, so changes in power consumption and inlet flow conditions must be taken into account. In high specific speed hydroturbines, part load operation and cavitation conditions create very complex internal flow structures that are difficult to predict accurately while maintaining reasonable computational costs. Cavitation is a problem in hydroelectric power plants and is more noticeable in hydroturbines operating outside of design conditions. Pelton turbine, a hydraulic prime mover, uses the kinetic energy of high-pressure water jets to rotate the rotor blades, converting water energy into mechanical energy. Due to its simple design and the possibility of use in high and ultra-high pressure conditions, it has been the main equipment of power plants for many years. Francis turbine are widely used throughout the world due to their adaptability, high efficiency and versatility in a wide range of operating conditions. Taking into account the significant overlap of the working ranges of Francis and Pelton turbines (200–800 m), for specific projects, a comprehensive assessment of the justification for the choice of the type of high-head hydraulic turbines is required. Designing a high-head Francis and Pelton turbines is difficult due to the complex flow pattern in the flow space elements. Sediment erosion has a significant impact on hydraulic mechanisms, especially Francis turbines, when operating in sediment-laden streams. This phenomenon plays a crucial role in reducing power generation and operational problems. Considering that Francis turbines play a vital role in hydropower generation and are the most widely used hydroturbines, they must withstand significant sediment erosion. This article describes the relative advantages of each type of aggregate for different conditions and operating modes. In addition to hydraulic parameters, economic justification and durability of work, it is necessary to take into account the sensitivity of hydraulic turbines to sand erosion. The article provides an overview of the types of high-head hydraulic turbines and the justification for their choice in the design of high-head hydroelectric power plants. Comparison of active and reactive hydraulic turbines was made. Issues related to designing of elements of flow space of hydraulic turbine are considered.