Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты

Диссертационная работа:

Яровой Андрей Викторович. Методика расчета и обоснование выбора параметров уплотнений рабочих колес радиально-осевых насос-турбин на основе снижения потерь : Дис. ... канд. техн. наук : 05.04.13 : Санкт-Петербург, 2003 186 c. РГБ ОД, 61:04-5/257-6

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

') Сокращения 5

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

  1. Уплотнения рабочих колес, применяемые для радиально-осевых гидромашин ' 12

  2. Влияние параметров уплотнений рабочих колес на эффективность

и силовые характеристики радиально-осевых гидромашин 21

1.2.1. Влияние параметров уплотнений рабочих колес на потери

энергии 21
'ф 1.2.1.1. Влияние параметров уплотнений рабочих колес на

объемные потери 21
1.2.1.2. Влияние параметров уплотнений рабочих колес на

дисковые потери 27

1.2.2. Влияние параметров уплотнений рабочих колес на нагрузки,
действующие на ротор гидромашины 31

1.2.2.1. Влияние параметров уплотнений рабочих колес на осевые

силы 31

1.2.2.2. Влияние параметров уплотнений рабочих колес на радиальные
силы 34

1.3. Краткая характеристика методов оптимизации для функций
нескольких переменных 41

1.4. Постановка задачи и выбор объектов исследования 60
ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ПОТЕРЬ И НАГРУЗОК НА

ї РАБОЧИХ КОЛЁСАХ РАДИАЛЬНО-ОСЕВЫХ НАСОС-ТУРБИН,

СВЯЗАННЫХ С ПАРАМЕТРАМИ ИХ УПЛОТНЕНИЙ

*

  1. Методика расчета объемных, дисковых потерь и осевых сил 62

  2. Методика расчета гидродинамических радиальных сил 68

  3. Методика расчета сил в уплотнениях рабочих колес 76 ) ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

  1. Краткая характеристика объектов исследования 80

  2. Варьируемые параметры радиально-осевых насос-турбин и радиальных уплотнений их рабочих колес 83

3.3. Результаты расчетов потерь в рабочих колесах 88

  1. Турбинный режим 88

  2. Насосный режим 97

3.4. Результаты расчетов сил на рабочих колесах 106
3.4.1. Осевые силы 106

  1. Турбинный режим 107

  2. Насосный режим 111 і 3.4.2. Силы в уплотнениях рабочих колес 115

  1. Турбинный режим 115

  2. Насосный режим 118

3.4.3. Гидродинамические радиальные силы 121

  1. Турбинный режим 121

  2. Насосный режим 121

3.5. Общий анализ полученных результатов и выводы по главе 3 124
ГЛАВА 4. МЕТОДИКА ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ УПЛОТНЕНИЙ
РАБОЧИХ КОЛЕС РАДИАЛЬНО-ОСЕВЫХ НАСОС-ТУРБИН НА ОСНОВЕ
МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ

  1. Обоснование выбора параметров оптимизации 129

  2. Алгоритм оптимизации 136

  3. Краткая характеристика программы расчета на ПЭВМ 138 ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ПАРАМЕТЮВ УПЛОТНЕНИЙ РАДИАЛЬНО-ОСЕВЫХ НАСОС-ТУРБИН 5.1. Основные параметры ГАЭС с радиально-осевыми НТ, для которых

использована методика выбора параметров уплотнений

рабочих колес 141

5.2. Расчеты по методике выбора параметров уплотнений

) и их анализ 143

  1. Турбинный режим 143

  2. Насосный режим 158

5.3. Выводы по главе 5 и рекомендации по выбору

параметров уплотнений рабочих колес 169

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 172

ЛИТЕРАТУРА 176

СОКРАЩЕНИЯ

АЭС-атомная электростанция,

ГАЭС-гидроаккумулирующая электростанция,

ГЭС-гидравлическая электростанция,

ГТУ-газотурбинная установка,

КПД-коэффициент полезного действия,

НА-направляющий аппарат,

HP-насосный режим,

НТ-насос-турбина,

ОС-осевая сила,

РК-рабочее колесо,

PC-радиальная сила,

ТР-турбинный режим,

ТЭС-тепловая электростанция

Введение к работе:

Энергетика относится к прогрессирующим отраслям и служит основой всей экономики. Установленная мощность всех электростанций Российской Федерации на 1996 год составила 215,3 млн. кВт, в том числе тепловых-150 млн. кВт (69,5%), гидравлических-44 млн. кВт (20,5%), атомных-21,3 млн. кВт (10%). Развитие энергетики в последнее время отмечено двумя устойчивыми тенденциями: выработкой значительной части электроэнергии на АЭС и ТЭС, эффективно работающих в базисе нагрузки, а также ростом неравномерности графиков нагрузки энергосистем. На рис. 1 в качестве примера приведен график нагрузки энергосистемы [41].

Неравномерность потребления электроэнергии вызывает

необходимость в создании маневренных источников мощности, в первую очередь, таких, как: ГЭС, ГАЭС, ГТУ и ТЭС (с установками, работающими по парогазовому циклу). Анализ сравнительной эффективности их применения показывает, что в большинстве случаев использование ГАЭС для работы как в пиковой, так и в полупиковой зонах графиков нагрузки энергосистем является наиболее эффективным. Отличительной особенностью и преимуществом гидроаккумулирующих электростанций по сравнению с остальными маневренными источниками мощности является участие в регулировании графика нагрузки мощностью в насосном и турбинном режимах. Другим достоинством ГАЭС является высокая маневренность: так для набора полной мощности из состояния покоя требуется 1,5...2 минуты, а из состояния вращающегося резерва 40...5Осек. Работая в турбинном режиме, агрегаты ГАЭС вырабатывают энергию в утренние и дневные часы суток, работая в насосном режиме - заполняют ночные провалы, обеспечивая тем самым загрузку блоков ТЭС и АЭС. Кроме того, ГАЭС могут в значительной степени обеспечивать динамическую устойчивость систем при различных возмущениях, а также перспективны

IN,

0,75

0,50

0,25

і

0 6 12 18 24ц

Рис.1 Схема графика нагрузки энергосистемы (2NC - относительная суммарная мощность системы)

с точки зрения комплексного использования возобновляемой энергии.

Мировая практика показала целесообразность и высокую

экономичность сооружения мощных энергокомплексов. Одним из таких

к ' примеров служит Южно- Украинский энергетический комплекс. В его состав

входят АЭС, ГЭС и Ташлыкская ГАЭС. В настоящее время в мире действуют

более 200 ГАЭС суммарной установленной мощностью около 90 млн. кВт.

ГАЭС могут быть выполнены по четырех-, трех- и двухмашинной схеме. С начала 50-х годов установилась тенденция сооружения ГАЭС по двухмашинной схеме, с обратимыми гидроагрегатами состоящими из насос-турбины и двигателя-генератора.

Наибольшее распространение получили насос-турбины радиально -
осевого типа. Установленная мощность ГАЭС в России составляет 0,81% от
суммарной мощности всех электростанций, в то время как доля ГАЭС в
энергосистемах Японии, США и ряда других промышленно развитых стран
ф составляет 4...5%. По «Основным положениям программы развития

гидроэнергетики на ближайший период до 2010-2015гт. и более отдаленную

перспективу» намечено строительство Волоколамской, Средневолжской, началось строительство второй очереди Загорской ГАЭС.

Главными направлениями развития насос-турбин являются [32, 36, 65, 119]:

повышение быстроходности;

повышение надежности работы;

улучшение энергетических и кавитационных характеристик;

рост единичных мощностей.

Таким образом, к основным характеристикам обратимых агрегатов

ГАЭС относятся эффективность и надежность. Их одновременное

качественное обеспечение вызывает сложности по ряду причин. Во-первых,

Ф повышение быстроходности наряду с уменьшением размеров

J гидравлической и электрической машин приводит к росту неравномерности

параметров потока, в первую очередь, - на напорной стороне рабочего

колеса. Это увеличивает нагрузки на нем, в том числе - радиальные, и ухудшает надежность работы агрегата. Во-вторых, ввиду значительных мощностей и высокой стоимости электроэнергии, естественно стремление повышать объёмный и механический КПД, а, значит, и общий КПД. С этой целью радиальный зазор в уплотнении РК стремятся делать технологически минимальным, не превышающим 0,001 Онап (Аил - напорный диаметр РК). Для уменьшения же дисковых потерь целесообразно принимать минимальной длину уплотнения. С учетом значительных гидродинамических радиальных нагрузок на РК крупных насос-турбин, достигающих 0,5...2 МН и более [24, 36, 37], указанный выше подход к повышению КПД не способствует повышению надёжности работы агрегатов ГАЭС. Таким образом, для повышения эффективности и надежности гидроагрегатов необходимо проводить всестороннее изучение работы уплотнений их рабочих колес.

Для насос-турбин ГАЭС характерно большое число возможных режимов работы [33, 41]. Из них - 5 установившихся (стационарных) режимов: 2 основных (насосный и турбинный), вращающегося резерва, 2 - синхронного компенсатора (двух направлений вращения) и более 20 видов переходных процессов (как плановых, так и двух аварийных: после сброса нагрузки в турбинном режиме и после потери привода - в насосном).

К. Каспар [88] исследовал надежность узлов и агрегатов ГАЭС и ГЭС на основе опыта эксплуатации сравнительно большого числа гидроагрегатов в Германии в период с 1913 по 1983 год. Им получены статистические данные по отказам узлов гидромашин. Поломки и неисправности подшипников, НА и рабочего колеса приводят к 63% выхода из строя насос-турбин, крышки и статорных частей - к 18%, уплотнений - к 11%, передаточных устройств - к 8%. Причем причиной отказа в 22% случаев являлись чрезмерные нагрузки.

Аналогичное исследование было проведено В. Нилссли и А. Энжелой [94]. Ими был проанализирован опыт эксплуатации 55 зарубежных обратимых гидроагрегатов. Результаты исследования сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Число простоев одного гидроагрегата складывается из среднего числа вынужденных простоев в год X и среднего числа запланированных простоев в год Zp. Тогда время общего бездействия в вынужденном простое Т„:

TB=2T^+STp,

где Тх- суммарное время вынужденных простоев в год, а ЕТр-суммарное время запланированных простоев в год. Коэффициент бездействия Кв показывает, какую часть времени года агрегат не работает и определяется по формуле:

# Кв=(Тв/Тг)100%,

где Тг-количество часов в году.

Количество простоев агрегата на один пуск равно

^=(^+ ZpW* где Ng-среднее число пусков в любом режиме в год.

Авторы исследования делают вывод, что наименее надежным элементом конструкции обратимого агрегата являются лопатки НА. А самые длительные потери времени на простой происходят при неисправности РК, направляющего и упорного подшипников. Эти неисправности появляются под действием радиальных и осевых сил, вызываемых потоком протекающей жидкости, что связано в том числе и с износом уплотнений.

Данная диссертационная работа посвящена комплексному исследованию влияния параметров уплотнений РК радиально-осевых насос-турбин с целью повышения надежности и эффективности работы обратимых гидроагрегатов, а также - созданию методики по выбору этих параметров на основе снижения потерь.

Подобные работы
Соляр Сергей Владимирович
Исследование рабочего процесса и разработка методики расчета оптимальных конструктивных параметров гидрораспределителя с плоским золотником на упругом подвесе
Фасил Али Гугсса
Исследование аэродинамики отрывного диффузора камеры сгорания газотурбинного двигателя с целью снижения гидравлических потерь на основе физического эксперимента и численного моделирования
Девочкин Юрий Николаевич
Совершенствование методик расчета потерь электроэнергии в распределительных сетях
Мельник Алексей Яковлевич
Обоснование физических зависимостей и методика расчета железобетонных дисков при длительном действии нагрузки
Максимов Б.А.
Обоснование централизованной системы эксплуатации пожарных напорных рукавов и разработка методики ее расчета
Перфильев Константин Степанович
Обоснование выбора параметров тягового преобразователя перспективных тепловозов с электрической передачей переменного тока
Ганькова Татьяна Анатольевна
Обоснование выбора параметров инерционного трансформатора на основе анализа методов построения и оптимизации внешней характеристики
Кондратьева Любовь Юрьевна
Обоснование выбора параметров и конструктивной схемы гидропривода стрелы на основе анализа эксплуатационных требований к устойчивости экскаватора
Воронько Владислав Алексеевич
Обоснование выбора параметров маневровых и промышленных тепловозов с учетом условий эксплуатации
Бродский Григорий Семенович
Обоснование, выбор параметров и разработка систем фильтрации рабочих жидкостей для гидрофицированных горных машин

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net