АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОИСКА ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОТУРБИН ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МАЛАЯ ГИДРОЭНЕРГЕТИКА

SMALL HYDROENERGETICS

Статья поступила в редакцию 30.04.14. Ред. рег. № 1987

УДК 620.92:627.8.04

The article has entered in publishing office 30.04.14. Ed. reg. No. 1987

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОИСКА ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОТУРБИН ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

ОБЪЕКТОВ

Ю.С. Васильев, Л.И. Кубышкин

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический университет НОЦ «Возобновляемые виды энергии и установки на их основе» 195251 Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, Тел.: (812) 552-77-71, e-mail: kubishkin@cef.spbstu.ru

Заключение совета рецензентов 05.05.14 Заключение совета экспертов 06.05.14 Принято к публикации 07.05.14

В работе рассматривается современная методология автоматизированного определения параметров гидротурбин проектируемых ГЭС. Дается описание прикладного программного и информационного обеспечения, используемого при поиске оптимальных параметров оборудования ГЭС. Представлен пример реализации предлагаемой методики.

Ключевые слова: гидроэлектростанция, ГЭС, проектирование, оборудование, гидротурбина, программное обеспечение, информационное обеспечение.

SEARCH AUTOMATIZATION OF OPTIMAL PARAMETERS OF HYDROTURBINES

AT HYDROPOWER OBJECTS DESIGN

Yu.S. Vasil'ev, L.I. Kubyshkin

Saint-Petersburg State Polytechnic University Science and Educational Center «Renewable Energy Sources» 29 Polytechnicheskaya St., St.-Petersburg, 195251, Russia Tel.: (812)552-77-71, e-mail: kubishkin@cef.spbstu.ru

Referred 05.05.14 Expertise 06.05.14 Accepted 07.05.14

This work considers the modern methodology of automated determination of parameters of hydroturbines of designed HPP. A description of application software and informational support used at searching optimum parameters of HPP equipment is given. An example of the proposed method realization is presented.

Keywords: hydro power plant, HPP, designing, equipment, hydroturbine, software, informational support.

Сведения об авторе: профессор кафедры "Водохозяйственное и гидротехническое строительство" Инженерно-строительного института Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, Заслуженный работник Высшей школы РФ, кандидат технических наук, старший научный сотрудник НОЦ «ВИЭ».

Область научных интересов: гидроэнергетика, компьютерные технологии, автоматизация проектирования объектов возобновляемой энергетики. Публикации: более 120.

Леонид Иванович Кубышкин

Введение

В Научно образовательном центре "Возобновляемые виды энергии и установки на их основе" Санкт-Петербургского государственного политехнического университета ведутся работы по совершенствованию процессов проектирования гидроэнергетических объектов на основе интеллектуальных технологий. В статье

представлена методика автоматизированного обоснования параметров гидротурбин

проектируемой ГЭС с использованием прикладного программного и информационного обеспечения автоматизации проектирования гидроэнергетических объектов.

Отметим, что процесс проектирования это комплексная проблема, при решении которой требуется согласовать многочисленные вопросы,

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 11 (151) 2014

© Scientific Technical Centre «TATA», 2014

относящиеся к различным научным дисциплинам, таким как гидротехника, гидравлика, электротехника, гидромашиностроение, организация и производство работ, экономика, гидрология, геология и другие. В основе принятия решения лежит экономическая эффективность, надежность и безопасность при эксплуатации сооружений и основного и вспомогательного оборудования.

Анализ различных способов проектирования гидроэнергетических объектов показал

экономическую целесообразность использования компьютерных технологий, которые сокращают сроки выполнения расчетов и обеспечивают рассмотрение большего количества вариантов проектных решений.

Завершенный проект гидроэнергетической установки, как известно, состоит из текстовых, табличных и графических документов. Автоматизация расчетных проектных процедур подробно освещена в [1-8].

В представленном в статье материале дается описание технологии автоматизированного обоснования параметров гидротурбин.

Актуальность автоматизации выполнения такой работы объясняется тем, что часто необходимо быстро оценить правильность выбора той или иной гидротурбины (ГТ) для заданных условий, например на начальных стадиях проектирования гидроэлектростанций или на стадии реконструкции гидроагрегатов. Обычно оценка проводится по универсальным (УХ) и эксплуатационным (ЭХ) характеристикам гидротурбины. Построение ЭХ в ручном режиме представляет собой долгую, рутинную и трудоемкую последовательность действий. Учитывая то, что малейшее изменение любых начальных условий, таких, например, как расчетный, максимальный, минимальный напоры означает, что работу по расчету параметров ГТ нужно проделать повторно с новыми данными, создание системы автоматизации обоснования параметров ГТ позволит минимизировать затраты времени и труда инженера-проектировщика при проведении таких расчетов. Для уменьшения времени расчетов и ускорения процесса проектирования на кафедре ВИЭГ СПбГПУ совместно с инженерами ОАО Ленгидропроект был создан комплекс программ "ВИЭГ ТУРОБО" и "БД ВИЭГ", написанный на языке Visual Basic for Applications (VBA) в среде MS Excel.

Данный комплекс программ предназначен для расчета параметров гидротурбин и построения их характеристик. Он состоит из следующих модулей:

- VIEGTURBO.xls - модуль расчета параметров турбины,

- BDVIEG.xls - модуль записи универсальных характеристик в базы данных, файлы с

расширениями *.tu1 - базы данных, в которых в специальном числовом формате хранятся универсальные характеристики гидротурбин,

- HELPLHP - папка, в которой находится справка модулей VIEGTURBO.xls и BDVIEG.xls.

Расчет параметров гидротурбин и построение их характеристик производится по общепринятой методике, изложенной в [9,10].

Пересчет с модели на натуру коэффициента полезного действия (кпд), высоты отсасывания и других параметров производится по формулам, рекомендуемым этим изданием.

Краткие сведения о программном комплексе

Компоненты программного комплекса (рис. 1) расположены в корневом каталоге персонального компьютера. После запуска программы нужно указать местонахождение Справки и Базы Данных. Для этого следует (см. рис. 2):

1. Нажать кнопку «Настройка»;

2. В появившемся окне указать путь к каталогу

помощи HELP;

3. Нажать «ОК»;

4. В появившемся окне указать путь к файлу

базы данных (файл с расширением *.TU1);

Программа настроена и готова к дальнейшей работе.

Рис. 1. Общий вид программ в корневом каталоге Fig. 1. General view of the program in the root directory

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 11 (151) 2014 © Научно-технический центр «TATA», 2014

приведенной частоте вращения модели, при которой КПД имеет максимальное значение.

Подсчитанный диаметр рабочего колеса округляется до ближайшего большего стандартного. За счет увеличения диаметра приведенный расход уменьшается, а КПД несколько возрастает, т.е. происходит смещение расчетной точки по приведенному расходу , что автоматически учитывается при определении координаты 0 рабочей точки, т.е.

q; =

N

Рис. 2. Главное окно программы "ВИЭГ ТУРБО" Fig. 2. Main window "VIEG TURBO"

Математическое обеспечение обоснования параметров гидротурбин

Подробно весь процесс построения ЭХ описан во многих учебных пособиях, поэтому ниже приведены лишь основные формулы и зависимости [9], используемые в коде программы.

Определение и выбор диаметра рабочего колеса. Для определения диаметра рабочего колеса используется универсальная характеристика выбранной ГТ и начальные данные, соответствующие условиям работы.

Диаметр определяется по формуле:

9,81 A2 H

(4)

Определение и выбор нормальной частоты вращения. Частота вращения турбины предварительно определяется по формуле:

П/ОПТ \H p

Dl

(5)

где п1 ОПТ - оптимальная приведенная частота вращения турбины, определяется по формуле

Лт

(6)

Di =

N

9,810H ^ H Л

(1)

где N - номинальная мощность ГТ, кВт; -приведенный расход в расчетной точке, м3/с; Н -расчетный напор ГТ, м; - КПД натуральной ГТ, соответствующий режиму ее работы в расчетной точке.

КПД натурной ГТ определяется следующим образом:

Лн = Лм + АЛ-.

(2)

Q V = (1,3-1,5)01

(3)

где г max и ^bimax - максимальное значение КПД, соответственно, натурной турбины и модели; n'i м опт - оптимальная приведенная частота

вращения модели. П мопт и Гмmax определяем с помощью универсальной характеристики.

Лтах 1 (1 Лм max)

0,25 + 0,75 • 5

Явы Re,,

(7)

причем

где г)м - КПД модельной турбины в рабочей точке универсальной характеристики; Д^ - поправка за счет масштабного эффекта.

Для поворотно-лопастных ГТ значение Q \ в формуле для определения диаметра рассчитывается по формуле:

ReM Re„

D'

(8)

Для радиально-осевых ГТ значение Q¡ принимается равным величине приведенного расхода на линии 5%-го запаса мощности и при величине п'1м, соответствующей оптимальной

где Цм - диаметр рабочего колеса модельной ГТ, м; Д - диаметр рабочего колеса натурной ГТ, м; Нм -напор модельной ГТ, м; НР - рабочий напор натурной ГТ, м.

Нормальная частота вращения п должна быть строго определенной и равной синхронной частоте вращения ротора генератора. Вычисленное значение частоты округляется до ближайшего значения из стандартного ряда.

Для дальнейших расчетов находятся поправки по КПД и по приведенной частоте вращения,

n =

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 11 (151) 2014

© Scientific Technical Centre «TATA», 2014

учитывающие увеличение этих характеристик натурной турбины по сравнению с моделью за счет масштабного эффекта.

вращения турбины приводит к пропорциональному смещению зоны работы турбины на большие приведенные обороты, и наоборот.

ДП=Птах

Дп 'i = П VОПТ ~ П MОПТ об / мин.

(9)

(10)

Построение зоны работы турбины на УХ. Для проверки правильности выбора диаметра рабочего колеса и частоты вращения проектируемой ГТ на универсальную характеристику наносится зона работы проектируемой турбины. Зона работы ограничена по приведенной частоте вращения двумя горизонтальными линиями, соответствующими минимальному и максимальному напорам.

nD±— -Ди' об/мин,

VH

nD,

I f

= -Дп, об/мин.

По значениям

(11) (12)

на УХ

n' = nD>1 - ДП, об/ мин,

Q'IP =■

N

9,81 Д2H JH п

(13)

(14)

Построение ЭХ. Режимы работы гидротурбин при эксплуатации не сохраняются постоянными. При изменении напора и мощности изменяются расход турбины, коэффициент полезного действия и коэффициент кавитации. Частота вращения турбины сохраняется постоянной. Для правильной эксплуатации турбины важно знать взаимосвязь указанных величин. С этой целью для полной картины энергетических свойств конкретной турбины, имеющий диаметр рабочего колеса Б1 и частоту вращения п, строится эксплуатационная характеристика. Эксплуатационная характеристика показывает зависимость КПД от нагрузки при разных значениях напора и является техническим паспортом гидротурбины. На эксплуатационную характеристику наносятся также линии постоянных значений открытий направляющего аппарата ао=сош!, линии равных высот отсасывания Н8=сош1 и линия ограничения мощности.

гидротурбины наносятся горизонтальные линии. В результате уточнения синхронной частоты работы генератора изменилось положение на универсальной характеристике рабочей точки (работа турбины при расчетном напоре и заданной мощности). Ее координатами стали:

Построение линий равных значений коэффициента полезного действия турбины. Построение линий равных значений КПД производится аналогично методу, указанному в пособии [10]. Зависимость КПД от берется из базы данных (БД). Масштабный эффект учитывается формулой (15). Мощности вычисляются по формуле:

N = 9,81Dj2 H4HQI п..

(15)

При правильном выборе турбины полученная зона ее работы должна охватывать центральную часть - "яблочко" универсальной характеристики с достаточно высокими значениями КПД (рис. 2). Недопустимой является зона работы турбины, если она смещена вниз относительно "яблочка" универсальной характеристики, так как в этом случае работа турбины при напорах выше расчетного характеризуется повышенной вибрацией агрегата.

Для того чтобы сместить зону работы турбины в сторону повышенных приведенных оборотов необходимо увеличить диаметр или приведенную частоту вращения рабочего колеса. Увеличение диаметра рабочего колеса (при сохранении п) приводит к смещению зоны работы турбины на меньшие приведенные расходы и большие приведенные обороты.

Наоборот, уменьшение диаметра рабочего колеса (при сохранении п) приводит к смещению зоны работы турбины на большие приведенные расходы и меньшие приведенные обороты. Увеличение частоты

Построение линий равных высот отсасывания. Линии Нб=сош1 строятся на основе линий с=сош1 универсальной характеристики, введенных в БД по методике, описанной в пособии [1].

Для всех расчетных точек вычисляются высоты отсасывания Нб по формуле:

H s = 10---КааН.

s 900 а

(16)

Построение открытий направляющего аппарата и углов установки лопастей. Построение линий равных открытий направляющего аппарата выполняется на основе линий аом=сош1, указанных на универсальной характеристике ГТ в БД.

Значение открытия направляющего аппарата турбины определяется по формуле:

z ■ D

^0 М

z ■ D

^0Т ^1М

(17)

где аом - значение открытия модельной турбины; Бь Б1м - диаметры рабочих колес турбины и модели; 7ом, 7от - число лопаток направляющего аппарата турбины и модели.

n

Iм max

n

I м min

n

n

и

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 11 (151) 2014 © Научно-технический центр «TATA», 2014

Построение линий a0 = const производится в порядке, описанном в пособии [1].

Аналогично строятся линии постоянных углов лопастей ф=сош1 При этом значения углов ф для модели и натуры являются одинаковыми.

Построение линии ограничения мощности турбины. Линия ограничения мощности гидроагрегата на эксплуатационной характеристике представляет собой ломаную линию и делит характеристику на две части: левую (рабочую) и правую (нерабочую).

Турбина при напоре Нр развивает номинальную мощность N. При напорах больше расчетного турбина может развивать мощность больше номинальной, но её увеличение ограничивается мощностью генератора, поэтому на всех напорах от расчетного до максимального линия ограничения мощности представляет собой вертикальную линию N=const.

При напорах меньше расчетного турбина не может обеспечивать номинальную мощность, поэтому линия ограничения мощности отклоняется на эксплуатационной характеристике от вертикального направления влево. В этой зоне мощность турбины ограничивается максимальным открытием направляющего аппарата, которое принимается равным открытию в точке при расчетном напоре. Поэтому линия ограничения мощности на этом участке совпадает с линией a0T=const.

Для радиально-осевых ГТ в ряде случаев делают дополнительное увеличение открытия

направляющего аппарата и стремятся получить максимально возможную (с учетом 5%-го запаса) мощность Nc при минимальном напоре. Величина этой мощности вычисляется следующим образом. Из рабочей характеристики f(N) при H=Hmin находится максимальная мощность Nmax, которую может развивать турбина при минимальном напоре.

Расчет параметров гидротурбины

Ввод основных параметров ГЭС и выбор режима расчета. Выполнение нового расчета начинается с выбора в базе данных типа гидротурбины. Нажатием на клавишу "БД" активизируется диалог "Загрузка характеристики из базы данных". На открывшейся панели "Загрузка характеристики из базы данных" (рис. 3) выбирается тип гидротурбины и нажимается клавиша "Загрузить".

Рис. 3. Выбор типа гидротурбины Fig. 3. Selection water turbine type

После загрузки универсальной характеристики из базы данных таблица «Экспресс-расчет» частично зачищается (если она была заполнена результатами предыдущего расчета). Остаются значения напоров и вспомогательные данные.

При вводе исходных данных необходимо заносить их только в ячейки белого цвета в красной рамке, все остальные ячейки будут заполняться автоматически в ходе расчета.

Возможно несколько режимов расчета (print-screen режимов приведен на рис. 4).

1 Вводим напоры и Ирасч.Ячейку Дрк зачищаем. Результат - оптимальные Дрк и п

2 Изменяем напоры и/или Дрк, сохраняя неизменными Ирасч и л Результат - новая Ирасч Частота вращения подбирается автоматически.

3 То же что и в л 2 но изменяем частоту вращения Результат - новая [фасч

4 При неизменных Дрк и л изменяем Ь1расч Результат-пересчитанные параметры

Рис. 4. Режимы расчета Fig. 4. Calculation modes

Описание режимов расчета

Режим 1 применяется в самом начале выбора турбины, он позволяет по значениям напоров и мощности определить диаметр рабочего колеса и частоту вращения. Рабочая точка на универсальной характеристике будет выбрана автоматически. Для всех типов турбин приведенная частота будет выбрана вблизи средневзвешенного напора. Приведенный расход для радиально-осевых турбин будет максимально близок к линии ограничения мощности, для поворотно-лопастных турбин он определяется в оптимальной зоне. Для запуска этого режима необходимо зачистить ячейку «Диаметр р.к.»

Если необходимо определить параметры выбранной турбины при другом диаметре рабочего колеса, используется Режим 2. Для запуска этого режима следует зачистить ячейки (одновременно можно изменить и значения напоров). Расчет выполняется при установке курсора в ячейку «Диаметр р.к.». Частота вращения при этом будет оптимизирована автоматически.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 11 (151) 2014

© Scientific Technical Centre «TATA», 2014

Автоматически выбранную рабочую зону на универсальной характеристике можно

откорректировать с помощью Режима 3 и Режима 4. Изменив значение ячейки «Частота вращения» можно сместить рабочую зону по вертикали (Режим 3). Изменяя значение мощности при расчетном напоре, можно сместить зону по горизонтали (Режим 4).

Режим 5 запускается, если изменяется значение при сохранении всех остальных данных. Этот режим позволяет переместить рабочую точку в требуемое место универсальной характеристики вдоль оси 0'.

После выбора нужного режима нажатием кнопки "Расчет" выполняется расчет, при котором должны заполниться пустые ячейки в таблице (рис. 5).

таблица У.Х.

метки | печать | выход | справка

|Расчет| Э Х. ]~УХ | Б Д |топогр.| настр Тг

печать] выход [справка

Экспресс - расчет

БД: LGP1M3tul|nn 60/642

Речная ГЭС Диаметр р к. м ± 4.14

Частота вращения об/мин j 166.67

Напоры, м в ст расчетные параметры

N МВт КПД, % Q м7с Hs , м í.J, , л/с П1! ОЬ/МИН

Н макс 50 00 35,00 92,30 77,31 ***** 637,87 95,36

Н ср взв 40 00 35,00 93,45 95,45 0,25 880,53 106,87

Н расч 37.00 35.00 93,34 103,31 -0,73 990.89 111,21

Н мин 30 00 23,71 92,79 86,83 2,18 924,93 123,75

| 10| 100| 1,В|

Ср.ЕЗВ. КПД: 0299.4.5.1.0.С.: 22.2.1.Ü. 1.1.

Макс.КПД: 93,50%

Рис. 6. Универсальная характеристика гидротурбины ПЛ 60/642 Fig. 6. Universal characteristic of hydraulic turbine KT 60/642

Эксплуа-ациснная характерис-ика гидротурбины ~1Л 6C-642 :. icc

/

/

/

/ / / ж «.44 •

(

\

\.....

5 о 5 5Г 5

Режимы расчета:

1 Вводим напоры и Мрасч Ячейку Дрк зачищаем Результат - оптимальные Дрк и п

2 Изменяем напоры и/или Дрк, сохраняя неизменными Ырасч и п.Результат - новая Ирасч Частота вращения подбирается автоматически

3 То же что и в п 2, но изменяем частоту вращения Результат - новая Ирасч

4. При неизменных Дрк и п изменяем Ырасч Результат-перэсчитанные параметры

Рис. 5. Результаты расчета параметров гидротурбины ПЛ 60/642 Fig. 5. Calculation results of hydraulic turbine KT 60/642 parameters

Клавишами "УХ" и "ЭХ" можно вывести на

экран дисплея универсальную (рис. 6) и

эксплуатационную (рис. 7) характеристики с показанной на них зоной работы гидротурбины.

мощность турбины, МВт

Речная ГЭС Ыт-35МБт D-4.14M п-166.б7об/мин Нтах-50м Hd-37m Hmin-ЗОм

Рис. 7. Эксплуатационная характеристика

гидротурбины ПЛ 60/642 Fig. 7. Operating performance of hydraulic turbine KT 60/642

Анализ возможностей используемого сегодня технического и программного обеспечения инженерной компьютерной графики в проектных и научно-исследовательских организациях

гидроэнергетического профиля (ОАО

«Ленгидропроект», ОАО «СГЭМ», ОАО «РусГидро», ЗАО «МНТО ИНСЭТ») и в учебном процессе подготовки специалистов высших учебных заведений показывает, что степень автоматизации процесса выполнения проектных процедур определяет эффективность работы автора проекта и снижает влияние человеческого фактора на результат проектирования. Создание базы данных комплекса ВИЭГ ТУРБО выполнялось с помощью разработанного на кафедре ВИЭГ СПбГПУ макроса [11,12], который при взаимодействии программ AutoCAD и Excel автоматизирует этот процесс. В табл. 1 показано состояние формируемой базы данных универсальных характеристик гидротурбин на текущий момент. Планируется продолжить пополнение базы данных в соответствии с номенклатурой по ОСТ 108.023.15-82.

Для апробации работоспособности программы была рассмотрена возможность установки на ГЭС другого типа рабочего колеса со следующими ограничениями:

- используется тот же генератор (n=const, N=const);

- проточная часть не реконструируется (D1=const);

- значения напоров остаются неизменными.

Так как генератор остается неизменным, то значения синхронных оборотов и мощности агрегата остаются неизменными, так же как и диаметр рабочего колеса остается тем же по причине невозможности изменения размеров проточной части.

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 11 (151) 2014 © Научно-технический центр «TATA», 2014

Таблица 1. Состав базы данных Table 2. Database structure

Текущая БД ОСТ 108.023.15-82

ПЛ РО ПЛ РО

ПЛ РО 45/820 ПЛ10/1019 РО 45/820

ПЛ 15/1019 РО 75/728б ПЛ15/1019 РО 75/7286

ПЛ 20/811 РО 115/697а ПЛ15/811 РО 75/841а

ПЛ 30/5876 РО 115/810 ПЛ20/811 РО 75/3123

ПЛ 30/800 РО 140/8466 ПЛ 30/800 РО 115/810

ПЛ 40/587а РО 170/803 ПЛ 30/5876 РО 115/8106

ПЛ 40/800 РО 170/805 ПЛ 40/587а РО 140/8106

ПЛ 50/1075 РО 230/805г ПЛ 40/800 РО 140/8396

ПЛ 50/642 РО 230/821 ПЛ 50/1075 РО 140/8466

ПЛ 60/642 РО 230/833 ПЛ 60/642 РО 170/803

ПЛ 70/642 РО 230/833- ПЛ 60/642а РО 170/805

ПЛ 80/642 РО 310/957 ПЛ 60/1075у РО 230/821

РО 400/3507 ПЛ 70/642 РО 230/791д

РО 500/3508 ПЛ 70/3164 РО 230/833

ПЛ 80/642 РО 230/822

РО 230/821

РО 310/1107

РО 310/2724

РО 400/3507

РО 400/3515

РО 500/3508

РО 500/3502

Апробация программного комплекса "ВИЭГ ТУРБО"

Исходные данные были взяты для Чир-Юрт ГЭС-1, на которой планируется реконструкция и замена рабочего колеса ПЛ60/642 на другое колесо - более совершенное. Сотрудниками организации ОАО «НПО ЦКТИ» было предложено колесо ПЛ50/1075.

Состав исходных данных: Прототип ГЭС Чир-Юртская

ГЭС-1

Минимальный напор Расчетный напор Максимальный напор Номинальная мощность турбины

После проведения расчетов были получены ЭХ для каждой турбины.

На рис. 7 изображена ЭХ турбины ПЛ60, на рис. 8 - турбины ПЛ50.

Результаты «Экспресс-Расчета» турбины ПЛ50 (рис. 9) показывают, что при установке в проточный тракт турбины ПЛ60 нового рабочего колеса ПЛ50/1075 КПД агрегата возрастет примерно на 1,5%, что, в свою очередь, является подтверждением целесообразности установки на Чир-Юртской ГЭС-1 нового рабочего колеса гидротурбины ПЛ50/1075.

Hp=42,3 м

Hmax 45,3

N= 35000 кВт

Эксплуатационная характеристика гидротурбины ПЛ 50/1075 lgpioo3.t\ji

1 ; ;

'/ / 1 j

/ / ;J----

.7 / / / / /_si a !

; 1 / i

/ 1/ 1,- ? /

•7 j // - 7 /7

j ! / у/ __A-4

7 Т/И J '' /1 A Щ

• 1 ! .i';' i

Щ А r//f/ï

'' / / /;(' / / ''-IM- 'J

/ / / / / // .'/' / j j/ //

' / / / - / Y 77 :...... ;/_// ,

мощность турбины, МВт

Рис. 8. Эксплуатационная характеристика гидротурбины ПЛ50/1075 Fig. 8. Operating performance hydraulic turbine KT 50/1075

Экспресс - расчет бд: LGP1003.TU1 пл 50/1075

1 Речная ГЭС Диаметр р.к., м 3.70

Частота вращения об/мин-^ 187.50

Напоры, м в.ст. расчетные параметры

Ы, МВт КПД, % Q, mJ/C Hs, м Q, , nie Г!1 об/мин

H макс 45.30 35,00 94,20 83,61 1,13 907,38 109,84

H ср.взв 42.30 35,00 94,21 89,53 2,10 1005,48 113,73

H расч 42 29 35 00 94,20 83,58 -1,64 979.29 113,74

H мин 39 50 30,15 94,12 82,68 -0,67 960,90 117,75

tum отм.уст IVTP.

,0 100 2.27

Ср.взв. КПД 93,31% Макс. КПД 94,20%

EISE З.Е 1 1.3 22.1.1 3.1 1

Рис. 9. Результаты расчета параметров для турбины ПЛ50/1075 Fig. 9. Results of calculation parameters for turbine KT 50/1075

Выводы

1. Разработанный программный комплекс и формируемая база данных позволяет инженеру-проектировщику в короткие сроки рассмотреть и оценить варианты применения разных типов гидротурбин и выбора наилучшего варианта для проектируемой или реконструируемой ГЭС.

2. Созданное программное обеспечение используется в учебном процессе магистров по направлению «Проектирование, строительство и управление объектов возобновляемой энергетики».

Исследования проводились при поддержке проекта №14.577.21.0099 в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» и Президентского гранта НШ-2240.2014.8 государственной поддержки ведущих научных школ РФ.

Список литературы

References

1. Васильев Ю.С., Кубышкин Л.И., Соколов Б.А. Исследование неустановившихся режимов в

1. Vasil'ev U.S., Kubyskin L.I., Sokolov B.A. Issledovanie neustanovivsihsâ rezimov v otvodâsej

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 11 (151) 2014

© Scientific Technical Centre «TATA», 2014

отводящей деривации Понойской ГЭС-1 методами математического моделирования // Аннотации законченных в 1968 г. НИР по гидротехнике. Энергия, 1969.

2. Кубышкин Л. И. Методика обоснования параметров турбинных трубопроводов ГЭС с применением динамического программирования: Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н.: ЛПИ, 1980.

3. Васильев Ю.С., Виссарионов В.И., Кубышкин Л.И., Соколов Б.А. Математическое обеспечение ЭВМ для гидротехнических расчетов (Учебно-методическое пособие): ЛПИ, 1982.

4. Васильев Ю.С., Виссарионов В.И., Кубышкин Л. И. Решение гидроэнергетических задач на ЭВМ (элементы САПР и АСНИ). М.: Энергоатомиздат, 1987.

5. Васильев Ю.С., Кубышкин Л.И. Автоматизация проектирования гидроэнергетических объектов. // "Турбиностроение". Сборник научных трудов. Труды ЦКТИ. СПб, ОАО "НПО ЦКТИ". 2002. Выпуск 290. С. 15-23.

6. Елистратов В.В., Кубышкин Л.И., Светозарская С.В. Компьютерные, сетевые и информационные технологии. Расчет турбинных водоводов ГЭС: учеб. пособие. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та. 2011.

7. Васильев Ю.С., Елистратов В.В., Кубышкин Л.И. Моделирование энергетических сооружений ГАЭС // Гидротехническое строительство. 2007. № 5. С. 11-17.

8. Васильев Ю.С., Кубышкин Л.И., Кудряшева И.Г. Компьютерные технологии в научных исследованиях и проектировании объектов возобновляемой энергетики. // Учеб. пособие под общ. ред. Ю.С. Васильева. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008.

9. Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудование гидроэлектростанций: Справочное пособие: В 2 т. / Под ред. Ю.С. Васильева, Д. С. Щавелева. Т. 1. Основное оборудование гидроэлектростанций. М.: Энергоатомиздат, 1988.

10. Бусырев А.И., Топаж Г.И. Лопастные гидромашины. Выбор основных параметров и элементов проточной части реактивных гидротурбин: учеб. пособие. Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007.

11. Хорев В.Д. Самоучитель программирования на VBA в Microsoft Office. Юниор, 2001.

12. Панов К. А. Программное обеспечение курсового и дипломного проектирования гидроэнергетических объектов // Энерго и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии / Сборник материалов Всероссийской студенческой олимпиады 16-19 ноября 2009 г., научно-практической конференции и выставки студентов, аспирантов и молодых ученых 14-18 декабря 2009 / г. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. С. 490-492.

13. Елистратов В.В., Кубышкин Л.И.,

derivacii Ponojskoj GES-1 metodami matematiceskogo modelirovania // Annotacii zakoncennyh v 1968 g. NIR po gidrotehnike. Energia, 1969.

2. Kubyskin L.I. Metodika obosnovania parametrov turbinnyh truboprovodov GES s primeneniem dinamiceskogo programmirovania: Avtoreferat dissertacii na soiskanie ucenoj stepeni k.t.n.: LPI, 1980.

3. Vasil'ev Ü.S., Vissarionov V.I., Kubyskin L.I., Sokolov B.A. Matematiceskoe obespecenie EVM dla gidrotehniceskih rascetov (Ucebno-metodiceskoe posobie): LPI, 1982.

4. Vasil'ev Ü.S., Vissarionov V.I., Kubyskin L.I. Resenie gidroenergeticeskih zadac na EVM (elementy SAPR i ASNI). M.: Energoatomizdat, 1987.

5. Vasil'ev Ü.S., Kubyskin L.I. Avtomatizacia proektirovania gidroenergeticeskih ob"ektov. // "Turbinostroenie". Sbornik naucnyh trudov. Trudy CKTI. SPb, OAO "NPO CKTI". 2002. Vypusk 290. S. 15-23.

6. Elistratov V.V., Kubyskin L.I., Svetozarskaa S.V. Komp'üternye, setevye i informacionnye tehnologii. Rascet turbinnyh vodovodov GES: uceb. posobie. SPb.: Izd-vo Politehn. un-ta. 2011.

7. Vasil'ev Ü.S., Elistratov V.V., Kubyskin L.I. Modelirovanie energeticeskih sooruzenij GAES // Gidrotehniceskoe stroitel'stvo. 2007. № 5. S. 11-17.

8. Vasil'ev Ü.S., Kubyskin L.I., Kudraseva I.G. Komp'üternye tehnologii v naucnyh issledovaniah i proektirovanii ob"ektov vozobnovlaemoj energetiki. // Uceb. posobie pod obs. red. Ü.S. Vasil'eva. SPb.: Izd-vo Politehn. un-ta, 2008.

9. Gidroenergeticeskoe i vspomogatel'noe oborudovanie gidroelektrostancij: Spravocnoe posobie: V 2 t. / Pod red. Ü.S. Vasil'eva, D.S. Saveleva. T. 1. Osnovnoe oborudovanie gidroelektrostancij. M.: Energoatomizdat, 1988.

10. Busyrev A.I., Topaz G.I. Lopastnye gidromasiny. Vybor osnovnyh parametrov i elementov protocnoj casti reaktivnyh gidroturbin: uceb. posobie. Sankt-Peterburgskij gosudarstvennyj politehniceskij universitet. SPb.: Izd-vo Politehn. un-ta, 2007.

11. Horev V.D. Samoucitel' programmirovania na VBA v Microsoft Office. Ünior, 2001.

12. Panov K.A. Programmnoe obespecenie kursovogo i diplomnogo proektirovania gidroenergeticeskih ob"ektov // Energo i resursosberezenie. Netradicionnye i vozobnovlaemye istocniki energii / Sbornik materialov Vserossijskoj studenceskoj olimpiady 16-19 noabra 2009 g., naucno-prakticeskoj konferencii i vystavki studentov, aspirantov i molodyh ucenyh 14-18 dekabra 2009 / g. Ekaterinburg: UGTU-UPI, 2009. S. 490-492.

13. Elistratov V.V., Kubyskin L.I., Kudraseva I.G. i dr. Gidroelektrostancii maloj mosnosti. Uceb. posobie /

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 11 (151) 2014 © Научно-технический центр «TATA», 2014

Кудряшева И.Г. и др. Гидроэлектростанции малой pod red. Elistratova V.V. SPb.: Izd-vo Politehn. un-ta, мощности. Учеб. пособие / под ред. Елистратова В.В. 2007. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007.

Транслитерация по ISO 9:1995

r?<rt

- TATA —

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 11 (151) 2014

© Scientific Technical Centre «TATA», 2014