Характеристики гидротурбин.
1. Универсальные характеристики гидротурбин дают связь всех энергетических параметров мощности, расхода, КПД и напора (рис.4.1). Из такой характеристики можно построить рабочую.
| Рис. 4.1 Универсальная характеристика турбины
|
2. Рабочая характеристика представляет собой зависимость КПД от мощности η=f(N) при постоянном напоре. Соответственно при различных значениях напора будут получаться различные характеристики. Таким образом, имеет место быть семейство характеристик для каждой турбины и ГА.
КПД турбины представляет собой отношение получаемой полезной мощности турбины к той мощности потока, которая подводится в турбинную камеру:
. (4.1)
| Рис. 4.2 Рабочие характеристика а). для турбины, б). для ГЭС
|
Так как напор и мощность турбины переменны, то меняется и КПД. На рис. 4.2.а показана зависимость КПД турбины от мощности при трех различных значениях напора. Из графика видно, что при каждом значении напора КПД достигает максимального значения при некотором определенном значении мощности.
Кроме того, рабочие характеристики различных видов гидротурбин сильно отличаются. Из рис. 4.3 видно, что эксплуатационные качества ковшевых К (1) и поворотно-лопастных турбин ПЛ (2) лучше, чем у радиально-осевых РО (3) и пропеллерных ПР (4), ввиду того, что КПД у первых двух видов мало изменяется при достаточно широком диапазоне изменения мощности. Наибольший КПД у всех типов турбин имеет место при мощностях 70-95 % от номинальной. Аналогично из рабочей характеристики можно построить универсальную.
| Рис. 4.3. Рабочие характеристики различных типов турбины
|
3. Расходная характеристика. Наибольшее распространение имеет эксплуатационная характеристика, которая связывает между собой параметры Q, H и N. Шкала расходов пропорциональная подведенной мощности Nподв=9,81НQ. Эта характеристика позволяет решать две основные задачи эксплуатации. Первая - какая мощность будет у турбины, если она будет работать при напоре Н с расходом Q? Вторая – какой расход требуется для работы турбины с мощностью N при напоре Н?
Расходные характеристики также строятся для различных напоров, поэтому представляют собой семейство кривых (рис.4.4 а)
| Рис.4.4 Расходные характеристики а).турбины, б). ГЭС
|
4. Удельная характеристика турбины qуд=f(N) показывает количество затраченного расхода на единицу мощности в 1 кВт и может быть получена на основе расходной характеристики путем использования выражения (4.2).
. (4.2)
На рис.4.5.а представлены удельные характеристики турбины для трех различных величин напоров. Важно заметить, что точка минимального расхода энергоресурса соответствует точке максимума КПД.
| Рис.4.5 Удельные характеристики а).турбины, б). ГЭС
|
5. Дифференциальная характеристика турбины дает приращение расхода воды при малом изменении мощности:
(4.3)
Эту характеристику также называют характеристикой относительных приростов (рис.4.6.а). Она может быть получена на основе расходной эксплуатационной характеристики.
| Рис.4.6 Дифференциальные характеристики а).турбины, б). ГЭС
|
Характеристика генератора.Гидрогенератор превращает механическую энергию вращения турбины в электрическую. Активная мощность связана с мощностью турбины соотношением 
.
Основной энергетической характеристикой генератора является рабочая характеристика
| Рис.4.7 Рабочая характеристика генератора
|
Эта характеристика представлена на рис. 4.7, из которой видно, что при значительных колебаниях нагрузки КПД генераторов изменяется сравнительно мало. При нагрузке, равной 25 %от наибольшей, КПД генератора обычно не падает ниже 90-91%.
Характеристики ГА и станции.Энергетические характеристики агрегата дают также связь его мощности, расхода, напора и КПД, поэтому и вид характеристики остается прежним. Однако меняются значения мощности и КПД ввиду потерь во всех элементах ГА. Что касается характеристик ГЭС, то они определяются количеством ГА на станции. Далее примем, что все ГА станции одинаковы.
На рисунке 4.4.б представлены расходные характеристики станции, состоящей из трех агрегатов. Точка пересечения характеристик 1 и 2 при переходе от работы с одним агрегатом на работу с двумя показывает ту величину мощности, при которой работа одного ГА уже не выгодна с точки зрения затрачиваемого расхода. Аналогично на пересечении характеристик 2 и 3. Такие точки называются точками включения. На рисунке 4.4. б представлены характеристики для трех напоров. Соединение точек перехода от одного агрегата к двум и т.д. позволяет получить линии включения ГА. Таким образом, расходная характеристика станции для каждого значения напора – есть нижняя огибающая расходных характеристик каждого ГА.
На рисунке 4.2.б представлена рабочая характеристика для 3-х агрегатов при Н=const. Верхняя огибающая будет представлять рабочую характеристику станции.
На рисунках 4.5.б и 4.6.б представлены удельная и дифференциальная характеристики ГЭС соответственно.
Представленные абсолютные и относительные характеристики служат для решения задач внутристанционной оптимизации, таких как определения количества включенного оборудования, оптимального распределения мощности и проч.
Исходные данные: