Разработка и исследование повышающего гидротрансформатора для гидроэнергетических установок малых и микро ГЭС

• Автор: Лямасов, Александр Константинович
• Шифр специальности: 05.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 184 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Основные условные обозначения

Введение

1. Обоснование актуальности проблемы и причины ее возникновения

1.1 Анализ различных вариантов компоновки гидроэнергетических установок

малых и микро ГЭС

1.2 Сравнение различных вариантов компоновки гидроэнергетических установок

малых и микро ГЭС

1.3 Экспериментальное исследование лопастного насоса двустороннего входа в

турбинном режиме

2. Методика проектирования повышающего гидротрансформатора
2.1 Получение исходной геометрии и параметров ГДТ
2.2 Оценка подачи и напора
2.3 Расчет основных параметров лопастных систем
2.4 Схема последовательного расположения лопастных колес в развертке на
плоскость
2.5 Теоретические характеристики повышающей ГДТ
2.5.1 Внешняя характеристика
2.5.2 Внутренняя характеристика
2.6 Уточнение параметров лопастных систем повышающей ГДТ
2.6.1 Теоретическое согласование лопастных систем при учете потерь в
круге циркуляции на заданном режиме работы
2.6.2 Ударные потерн в лопастных системах
2.6.3 Потери в межлопаточных каналах
2.6.4 Оценка оптимума КПД
2.6.5 Уточняющий расчет на параметры рабочей точки
3. Трехмерное гидродинамическое моделирование
3.1 Постановка задачи, задание целей моделирования, выбор расчетной области
3.2 Создание геометрической модели выбранной расчетной области
3.3 Наложение на геометрическую модель сетки контрольных объемов
3.4 Задание условий моделирования
3.5 Численное решение системы уравнений Навье-Стокса
3.6 Анализ полученных результатов

3.6.1 Оценка корректности результатов
3.6.2 Работа в расчетной точке
3.7 Математическая модель повышающей ГДП
3.8 Моделирование характеристик лопастных систем ГДТ
3.9 Система уравнений математической модели повышающего ГДТ
3.9.1 Решение системы уравнений для повышающего ГДТ
3.9.2 Решение системы уравнений для повышающей ГДП при работе от
реальной гидротурбины
3.10 Пути улучшения свойства самоторможения повышающей ГДП
3.10.1 Улучшение свойства торможения путем изменения характеристики НК.
3.10.2 Улучшение свойства торможения путем изменения характеристики ТК.
3.11 Регулирование выходной частоты вращения повышающей ГДП
3.11.1 Способы регулирования выходной частоты вращения повышающей

3.11.2 Регулирование выходной частоты вращения повышающей ГДП
байнасированисм
4. Конструкция повышающего ГДТ
4.1. Расчет опорных узлов
4.1.1 Вал и опоры валов
4.1.2 Кавитационные явления и выбор давления питания
4.1.3 Расчет действующих сил
4.1.4 Расчет подшипников по динамической грузоподъемности
4.1.5 Уплотнения подшипников
4.2 Расчет корпусных элементов
4.2.1 Корпусные элементы
4.2.2 Уплотнение гидравлической полости
4.3 Размерно-технологический анализ
4.4 ГДТ как сборочная единица
4.4.1 Реализация системы подпитки и охлаждения
Основные выводы и результаты
Список использованной литературы

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
(Э -расход (расход в круге циркуляции);
Н — напор;
Ну— теоретический напор;
N - мощность;
М-момент;
А/г - гидравлический момент; п - частота вращения; ш - угловая скорость вращения;
КПД, ?] - коэффициент полетного действия;
?/г - гидравлический КПД;
- объемный КПД;
- механический КПД;
Г- циркуляция;
/ - передаточное отношение;
К - коэффициент трансформации; п„— коэффициент быстроходности; у - коэффициент кинематической вязкости;
// -коэффициент динамической вязкости; р - плотность;
А - коэффициент мощности;
О - диаметр;
£)я — активный диаметр;
Я - радиус;
Яа - активный радиус;
Ь - ширина проточной части в конкретном сечении;
/' - площадь;
1т - длина средней линии гока меридионального сечения; Т - шаг лопаст ной системы;
7. - количество лопастей (лопаток); и - окружная скорость;
- относительная скорость;
V - абсолютная скорость;

Рис. 1.9. Принципиальная схема установки для МГЭС с САР; В - вариаторный
мультипликатор; щ<П2;
Известны два основных вида механических вариаторов: фрикционный (конусные, шаровые, многодисковые, торовые. волновые, клиноременные и др) и вариаторы зацепления (цепной вариатор, высокомомснтный вариатор, зонтичный и др).
Для применения на энергетических объектах более пригодны вариаторы зацепления, поскольку они способны передавать большие мощности и работают с более высоким КПД. Однако даже вариаторы зацепления производятся в основном на мощности до 100 кВт и производятся с диапазоном регулирования в редукторном режиме.
Осредненные технические характеристики:
- Диапазон регулирования (отношение наибольшего передаточного числа к наименьшему) обычно 3—6, реже 10—12.
- Коэффициент полезного действия: 80-96%;
- средняя наработка на отказ — 140 000 ч.
- средний ресурс до списания - 210 000 ч.
- Удельная стоимость - 3000-5000 руб/кВт.
Гидродинамичеекая передача
Как известно, ГД11 - это гидравлическая передача, содержащая насосное (Н), турбинное (Г) колеса и неподвижный реактор (Р). Реактор соединен с неподвижным корпусом и участвует в динамическом взаимодействии с потоком жидкости, изменяя его направление. При этом взаимодействии на реакторе возникает крутящий момент . поэтому в ГДТ момент на входном валу не равен моменту на выходном валу.
ГОСТ 19587-74 устанавливает следующую формулировку термина гидродинамическая передача (ГДП):