автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Вопросы проектирования гидрогенераторов для приливных электростанций



На правах рукописи

Чжоу Лищонь

ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ ДЛЯ ПРИЛИВНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Специальность 05.09.01 - Электромеханика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1996

Работа выполнена на кафедре электромеханики Московского энергетического института (технического университета)

Научный руководитель: доктор технических наук

профессор Иванов-Смоленский Л.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

профессор Ллиевскнй Б.Л. кандидат технических паук Лабунсц И.Л.

Ведущая организация: ОАО Уралапектротяжмаш (г. Екатеринбург)

М'бМ

Защита состоится 1997 г. в аудитории.....в/^час$$мин.

на заседании Диссертационного Совета К 053.16.04 Московского энергетического института (технического университета)

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печати организации, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Е-25С Красноказарменная ул., д. 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

С диссертационной работой можно ознакомиться п научной библш теке института.

Автореферат разослан "

Ученый секретарь

Диссертационного Совета К 053.16.04

кандидат технических наук, доцент В.Л. Мороз*

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Приливные электростанции (ПЭС), использующие энергию морских приливов, являются важнейшими возобновляемыми источниками электрической энергии. По эффективности капитальных затрат на сооружение и по годовой выработке энергии, приходящихся на 1 кВт установленной мощности, ПЭС существенно пре-посходят электрические станции, использующие солнечную энергию и энергию ветра, и уступают лишь гидроэлектростанциям.

Пригодный для технического использования энергетический потенциал природного приливного процесса на земном шаре составляет 800 ГВт, т.е. примерно 20 % от речного технического потенциала.

Наиболее крупная ПЭС Ране (240 МВт) введена в эксплуатацию в 1967 г. во Франции. В последующие годы был построен еще ряд ПЭС меньшей мощности, в том числе Кислогубская (Россия, 1968 г.), Аннаполис (Канада, 1984 г.) и Цзянь-Сань (Китай, 1985 г.). В Канаде, Великобритании, Индии, Южной Корее, России и других странах разработаны проекты ряда мощных ПЭС.

Проект наиболее мощной ПЭС Кобекуид разработан в Канаде. ПЭС Кобекуид предполагается построить в заливе Фанди. На ней будут установлены 120 гидроагрегатов но 40 МВт, общей мощностью 480 МВт.

Выявлено, что с целью снижения стоимости ПЭС и повышения их эффективности па ПЭС следует применять только горизонтальные гидроагрегаты специального исполнения (капсульные или проточные), в которых турбина и генератор объединены в единый конструктивный блок.

Существующие частные методики независимого проектирования вертикальных гидротурбин и гидрогенераторов не могут быть непосредственно использованы для проектирования горизонтальных агрегатов ПЭС, размеры турбины и генератора которых взаимосвязаны.

Поэтому создание методики проектирования горизонтальных агрегатов ПЭС, в которой учитывается их специфика, вполне актуально.

Цель работы - создание комплексной методики проектирования генератора и турбины горизонтального гидроагрегата ПЭС, включающей выбор размеров активных частей агрегата и расчет его эксплуатационных характеристик.

Мсхуды нсслсдоиания. Расчеты ^ле-ктромапштпых н|к>цгсгок генераторов ПЭС выполнены с помощью универсального метода расчета электромагнитных процессии в электрических машинах (мсгода зубце I-ных контуров), разрабеггаппого кафедрой электромеханики М.')11. Расчеты гидродинамических процессов к турбинах ПЭС иропгше-ун-нм на основе методов теории подобия и физическот моделиро1<апп>1.

Научная новизна работы :

- создана комплексная методика проектирования гидроагрегатов ПЭС, в которой учитывается, что все размеры генератора. учитывающие форму гидравлического тракта турбины, должны пахе>дптье-н и определенных соотношениях с диаметре>м рабочего колеч'а турбины;

- составлен алгоритм выбора размеров и обмоточных данных геператефа кансулыюго или проточного гидре )аг|х:гата ПЭС но :еал;п11Ее>й мощности и частоте вращения турбины;

- предложена новая разновидность эксплуатационных характеристик кансулыюго или проточного гидроагрегата, представляющих собой объединение регулировочных характеристик гидрогенератора с эксплуатационными характеристиками турбины.

Практическая ценность работы.

1. Для расчета электромагнитных процессов гидрогенератора ПЭС применен обладающий высокой точностью программный комплекс ТСРМ-БР, разработанный кафедрой электромеханики МЭИ на основе метеща зубцежых контуров.

2. Разработан дополнительный блок к программному комплексу ТСРМ-БР, с помощью которого производится выбор размеров и обмоточных данных генератора по ладанной мощности и частоте вращения турбины.

3. Даны рекомендации но выбору электромагнитных нагрузок, размеров и обме>точпых данных тихоходных горизонтальных генераторов гидроагрегатов ПЭС.

4. На основе анализа соотношений размеров турбины и генератора в капсульпых и проточных гидроагрегатах ПЭС получены формулы для выбора внутреннего диаметра сердечника статора генератора не найденным рапсе диаметру рабочего колеса и частоте вращения турбины.

5. На основе результатов расчета кансулыюго и проточного гид роагрегатеш применительно к энергетическим параметрам ПЭС Аннаполис произведено сопоставление технических данных этих агрега тов г выявлены их достоинства и недостатки.

Публикации: но материалам диссертации опубликована одна статья.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и двух приложений. Объем работы представляет 293 страницы сквозной нумерации, в том числе: основной текст (на 203 стр.), 63 рисунка (на 61 стр.), список использованной литературы из 26 наименований (па 3 стр.), два приложения (на 26 стр.).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована цель и основные задачи диссертационной работы.

В первой главе на основе обзора литературы анализируется современное состояние проблемы.

Отмечается, что в отличие от гидроэлектростанции, водохранилище которой образуется путем заполнения большой территории, бассейн ПЭС создается путем отделения от океана естественного морского залива. Место для сооружения ПЭС выбирается таким образом, чтобы в выбранном заливе имелись достаточно высокие приливы.

Энергия приливов наиболее эффективно преобразуется па ПЭС в электрическую энергию с. помощью гидроагрегатов двухстороннего действия, состоящих из турбины и генератора. Эти агрегаты сконструированы таким образом, что они могут генерировать электрическую :>псргпю как во время прилива, когда уровень моря выше уровни бассейна, так п во время отлива, когда уровень моря ниже уровня бассейна.

Энергия, которая может быть извлечена в течение года из природного нрн.'ншного процесса с помощью конкретной ПЭС, определяется по формуле

Э„ = 1,97-Ю6- А^, кВт-ч. (1)

где А - величина прилива, м; Б - площадь бассейна ПЭС, км2.

Эта энергия называется теоретическим энергопотенциалом бассейна ПЭС.

Максимальная годовая выработка энергии, которая может быть реально получена от конкретной ПЭС двухстороннего действия, называемая техническим энергоиотенциалом бассейна ПЭС, составляет 34?» от теоретического потенциала:

3„я.т. -О.ЗДЭ.-О.бМО'АЪ, кВт-ч. (2)

Максимальная годовая выработка энергии может быть получена при оптимальных напоре Н и расходе О. воды черед турбины ПЭС, найденным по формулам:

Н-0,55 А, м (3)

о, = 46 АБ, м7с • (4)

С целью снижения стоимости ПЭС и ее габаритных размеров на ПЭС следует применять только горизонтальные гидроагрегаты двух типов:

первый тин - горизонтальные проточные гидроагрегаты, в которых статор генератора охватывает проточную часть турбины, а ротор генератора укреплен на ободе рабочего колеса турбины;

второй тип - горизонтальные капсульные гидроагрегаты, в которых генератор установлен в обтекаемой капсуле, омываемой потоком воды, подводимой к рабочему колосу турбины.

Горизонтальные гидроагрегаты ПЭС как в проточном, так и I: капсулыюм исполнениях, отличаются от вертикальных гидроагрегатов применяемых па обычных ГЭС тем, ч то в них турбина и генератор объединены в единый конструктивный узел, все основные размеры которого должны находиться но вполне определенных соотношениях. Поэтому существующие частные методики независимого проектировант вертикальных гидротурбин и гидрогенераторов, включающие ныбо( размеров их активных и конструктивных частей и расчет их эксплуатационных характеристик, не могут быть непосредственно иснользокапь для проектирования горизонтального гидроагрегата ПЭС.

Вторая глава диссертации посвящена изложению основ выбран ноги метода расчета установившихся электромагнитных процессов I явпоиолюсных синхронных гидрогенераторах ПЭС. Существующие ме тоды расчета этих процессов, используемые в заводской практике и ос повинные на достаточно грубых допущениях, не обладают приемлемо! точностью.

Поэтому нами был выбран для этой цели метод зубцовых копту ров (МЗК), разработанный кафедрой электромеханики МЭИ. Этот ме тод позволяет точно учесть влияние па электромагнитные процессь ряда важных факторов, которые в существующих методах расчета элек трических машин учитывались с недостаточной полнотой или иообщ« не учитывались.

К числу этих факторов относятся:

• двухсторонняя зубчатость и явнонолюсность сердечников;

• реальная структура обмоток;

• насыщение элементов зубцов, полюсов и ярем сердечников статора и ротора.

Расчет электромагнитных процессов в явнополюсной синхронной машине производится в методе зубцовых контуров с помощью схемы, показанной на рис. 1. Эта схема представляет собой схему замещения взаимосвязанных магнитной и электрической цепей машины.

Проводимости ветвей схемы замещения магнитной цепи являются проводимостями элементов магнитопровода и зазора. В схему замещения магнитной цепи входят три разновидности этих проводимостей:

1) Проводимости ветвей, показанных на фоне зазора, являются проводимостями взаимоиндукции Лкш между зубцом к сердечника статора и зубцом ш сердечника ротора. Проводимости Лкт определены на основе расчета магнитного поля зубцового контура (рис. 2) и являются функциями расстояния между зубцами к и т, которое зависит от положения ротора по отношению к статору.

2) Проводимости ветвей, показанных на фоне элементов зубцов, полюсов и ярем статора и ротора, являются нелинейными проводимостями соответствующих элементов, рассчитанными на основе теории ноля. Эти проводимости являются нелинейными функциями потоков в ветвях магнитной цепи.

3) Проводимости ветвей, показанных на фоне элементов пазов сердечника статора и промежутков между полюсами ротора, являются линейными проводимостями этих элементов, определенными из расчета магнитного ноля рассеяния. Эти проводимости практически не зависят от положения ротора по отношению к статору и могут считаться постоянными.

Для расчета установившихся симметричных электромагнитных процессов в генераторах ПЭС применяется математическая модель явнополюсной синхронной машины с неподвижным ротором, составленная по МЗК.

Эта модель представляет собой систему уравнений, описывающих оч.' взаимосвязанные электрическую и магнитную цепи в пределах периода ноля.

Рис. 1

%заП

V

JCxj+üx) I

\ß

ЪххЗ

<4<+J)

Рис.3

Векторная диаграмма гидрогенератора в осях d и q

о

Рис. 2

Магнитное поле зубцового контура

Г. К 10 12 И 1С I» '¿О 22 24 2< МНт

Рис. 4

Эксплуатационные характеристики капсулыюго(а) и проточного(б) агрегатов ПЭС Аннаполис

В отлично от полной модели no МЗК, и которой учитывается вращение ротора, в примененной мололи ротор неподвижен и закреплен таким образом, что его продольная oi l. расположена иод некоторым электрическим углом а по отношению к оси 1-ой фазы обмотки статора (рис. 3).

На рис. 1 показан фрагмент схемы взаимосвязанных электрической и магнитной цепей явнополюсной машины. Магнитная цепь представлена на рис. 1 детально. На схеме показаны все ветви и узлы магнитной цепи в пределах данного фрагмента. Полная схема магнитной цепи, составленная для периода поля, содержит Р ветвей с индексами k е (1,Р) и Т узлов с индексами i е (1,Т). Магнитные потоки в ветвях

магнитной цепи, представленные вектором Ф = |Ф1,Ф2,...,Фр|1, образуются под действием МДС в ветвях магнитной цепи, представленных вектором f = |f,, f2,..., fpl*.

Как видно из рис. 1, МДС имеются только в тангенциально направленных ветвях. По своей величине МДС в тангенциально направленной ветви равна току в сечениях проводов электрической цепи, рас положенных между этой ветвью и зазором.

Явления в магнитной цепи описываются системой из двух уравнений:

- уравнения магнитных потоков

|А|Ф = 0 (5

и уравнения магнитных напряжений

Ф = |л|(|А|'ф + ?) (6

В эти уравнения кроме векторов Фи? входят:

ф = |ч>1»Ф-2>'"'Фт|1 " вектор скалярных магнитных потенциало!

узлов магнитной цепи; |А| - матрица ипциденций магнитной цепи рал

мером Т х Р, ik-й элемент которой, aik, показывает, принадлежит ли к ая ветвь i-му узлу, и если да (aik ф 0), то каково ее направление относи телыю этого узла; |Л| - диагональная матрица проводимостей ветве

магнитной цепи размером Р х Р, kk-й элемент которой равен проводи мости k-й ветви магнитной цеии.Лк.

При расчете установившихся режимов гидрогенератора ПЭ< уравнения магнитной цени рассматриваются сонмсстпо с уравнениям электрической цепи и уравнениями связи между ними.

Как следует из векторной диаграммы (рис. 3), в установившемс режиме, заданном током якоря I, током возбуждения If и углом Р, х;

растеризующим положение комплекса тока I по отношению к оси q, по ветвям электрической цепи генератора протекают мгновенные токи

«В1 = I ««[р + (л/2 + а)]

1В2 = I со5[р + (л/2 + а + 2л/3)1 (7)

» I сов[Р + (я/2 + а +4я/3)]

>1М = .

где а угол между осью фазы 1 и осью с!.

Представив эти токи в матричной форме в виде вектора токов ветвей электрической цени 1и = |»щ , > 112»'в.ч»'ШI'» "ужно обратиться к уравнению связи между электрической и магнитной цепями и найти вектор МДС ветвей магнитной цепи, создаваемых токами в ветвях электри чес кой цен и:

Г-М?,,. (8)

где |\У] - матрица преобразования токов О, ветвей электрической цепи в МДС I' ветш-н магнитной цепи, имеющая размер Р х

По найденному таким образом лектору МДС f из системы нелинейных уравнений (5), (6) можно определить магнитные потоки в ветвях магнитной цени в виде вектора Ф.

.Чатем с помощью уравнении связи между электрической и магнитной цепями можно найти вектор нотокосцснлсний ветвей электрической цепи Ч'в, соответствующий вектору потоков Ф.в ветвях магнитной цепи:

^В = Г " (9)

э

где р - число пар полюсов обмотки статора; а - число параллельных ветвей обмотки статора; |У| = - матрица преобразования потоков Р ветвей магнитной цепи в иотокосцеплепия О. ветвей электрической цени, имеющая размер 0,х Р.

Зная иотокосцеплепия ветвей обмотки статора (*РШ1 Тщ, Ч-",,,). можно найти комплексную амплитуду гютокосценления фазы статора Ч'йст- обусловленную полем взаимоиндукции, полем пазового рассеяния и полем дифференциального рассеяния без учета демпфирования (см. рис. 3):

4^=4^, (10)

где _

Чь, = р! + , У = агс1б(Т,,/^);

^ = | [Титова +ТВ2со5(а + 2л/3) + 4ушсо5(а + 4л/3)1

= ^ш«™* +Ч/В25т(а + 2л/3) + Ч^^а + 4л/3)].

В результате изменения потокосцеплений фаз с угловой частотой а) = 2к( н фазах статора индуктируются ЭДС с комплексной амплитудой Ё^ =

По ЭДС Ё^ определяется комплексная амплитуда напряжения статора

0= Е^-Ш-Кх^+Ах)!, (11)

где х0л - индуктивное сопротивление лобового рассеяния; Ах - индуктивное сопротивление, корректирующее погрешность в определении 0, возникающую н модели с неподвижным ротором.

Найденная таким образом комплексная амплитуда напряжении и показана па векторной диаграмме в осях (1 и д (рис. 3). С помощью векторной диаграммы можно найти угол ср между напряжением 0 п током I обмотки статора:

Ч>=Р-©, (12)

где © - угол между комплексной амплитудой напряжения и направлением оси

Изложенный алгоритм определения й и ср по заданным 1,1Г и р , а также алгоритм определения 1( и Р по заданным Ц I и ф реализованы в программном комплексе ТСРМ-вР, разработанном лабораторией электромагнитных расчетов кафедры электромеханики МЭИ. С помощью этот программного комплекса произведены расчеты установившихся электромагнитных процессов гидроагрегатов Г1ЭС, результаты которых приведены в диссертации.

В первой части третьей главы изложена методика расчета гидромеханических процессов в турбинах гидроагрегатов ПЭС, который производится на основе теории подобия. Расчет гидромеханических процессов в турбине гидроагрегата ПЭС выполняется путем пересчета результатов испытаний физическом модели этой турбины.

Результаты испытаний модели турбины гидроагрегата ПЭС могут быть распространены па турбину-оригинал при выполнении условий геометрического подобия для их размеров.

Мм Чхм 'У Мгм _ _ /1Ч\

Т = 1~ = Т = 1Г-(13)

*1Х му *1г

и условий кинематического подобия для скоростей движения сред в их сходственных точках

v!m _ vixM _ viy* _ vh

V* V* V*

*l * IX * ly

'V

(14)

При моделировании турбины гидроагрегата ПЭС условие геометрического подобия должно соблюдаться и в отношении капсулы, в которой располагается генератор (в капсульном агрегате) или подпятник и подшипники (в проточном агрегате).

Условия геометрического и кинематического подобия для процессов преобразования энергии в турбине и в ее модели будут соблюдаться, если их частоты вращения, расходы и мощности находятся в определенных отношениях, называемых масштабами или критериями подобия.

iL« D,

п "DuJ

а« Jn*

Q ID, ,

NM (Вы

N "ID.

Нм

— = mn Н

2

М* н

2

= mQ (15)

Нм Нм

m

Н V Н N'

где п и nM, Q. и Q^, N и NM - частота вращения, расход и мощность турбины п ее модели; D, и D)M> Н и Н„ - диаметр рабочего колеса и напор турбины и ее модели.

Результаты испытаний модели турбин данного типа оформляются в виде оборотно-расходной характеристики модели, снятой при постоянном напоре (Н = const) и представляющей собой зависимости КПД модели т]м, угла открытия ее направляющего аппарата ам и угла установки поворотных лопастей ее рабочего колеса <ри от частоты вращения п„ и расхода Q,,:

Пм. «м. Фм= f(nM,Q„) • (16)

Для удобства использования оборотпо-расходную характеристику модели принято приводить к показателям единичной модели, то есть к диаметру 1 м и напору 1 м. Это приведение осуществляется по формулам (15).

Приведенная оборотио-расходная характеристика модели турбин данного типа называется их универсальной характеристикой:

Л, а, ч> = ) , (17)

где п,' = пД>|и/л/Н^ - приведенная частота вращения модели; Од' =

0,У(О2|мЛ/Нм ) - приведенный расход модели; 0,и - диаметр рабочего

колеса модели; Н„ - напор модели; п = Пм>' а = ам; <р = <р„.

Универсальные характеристики поворотно-лопастной турбины ПЛ10/854-ГК-46, применяемой в кансульных гидроагрегатах н пропеллерной турбины, применяемой в проточных гидроагрегатах, приведены в диссертации.

Вторая часть третьей главы посвящена вопросам выбора размеров, мощности, частоты вращения и других параметром гидроагрегатов ПЭС.

Гидроагрегаты ПЭС как в капсульном, так и проточном исполнениях существенно отличаются от вертикальных гидроагрегатов, применяемых на обычных ГЭС, тем, что в них турбина и генератор объединены в единый конструктивный блок, все основные размеры которого должны находиться в определенных соотношениях.

Для выбора взаимосвязанных размеров, мощностей частоты вращения и других параметров турбины и генератора гидроагрегата ПЭС в диссертации разработана комплексная методика, опирающаяся па существующие частные методики проектирования турбин и генераторов, рассматриваемых как независимые объекты.

В соответствии с этой методикой выбор размером и параметров гидроаг регата ПЭС начинают с определения размеров, мощности и частоты вращения турбины. Эти величины определяются с помощью универсальной характеристики для выбранного типа гидроагрегата.

Сначала определяют диаметр рабочего колеса турбины, м

где О - заданный расход турбины, м '/с; II -заданный напор турбины, м; Ф|м.1жт. " приведенный расход и оптимальной точке универсальной ха-ра кте р и сти к п ту рб и и ы. Затем находя т: 1) КПД турбины

цт = 1 - (1 - ПмИ<>,25 + 0,75р£~/"Иет ],

где т}м - КПД модели турбины в оптимальной точке; ReT = D, -УН/vT и ReM = D,mVh„/vm - числа Рейнольдса для турбины и ее модели;

2) частоту вращения турбины, мин'1:

п = п',т.опт. VH/D„ где n'iTimT = n'iM 01)T л/т1т / Пм " оптимальная приведенная частота вращения натурной турбины; п'1м.опт - то же для модели;

3) мощность турбины, кВт:

N = Non,,

где N = 9,81 QH - мощность, потребляемая турбиной.

Найденные таким образом диаметр рабочего колеса турбины и ее частота вращения служат исходными данными для выбора размеров и обмоточных данных гидроагрегата ПЭС. Главные размеры генератора (внутренний диаметр и длина сердечника статора) выбираются исходя из того, что внутренний диаметр сердечника статора D должен находиться в определенном соотношении с диаметром рабочего колеса турбины D(, зависящем от выбранного типа агрегата и числа пар полюсов генератора:

D = 1,15D,(1 - 5,42/р) - для капсульных гидроагрегатов:

D = D,(l + 12,3/р) - для проточных гидроагрегатов

Выбор других размеров и обмоточных данных статора и ротора генератора производится по алгоритму, разработанному в диссертации.

Предложенный алгоритм выбора размеров и обмоточных данных генератора реализован в виде дополнительного блока к программному комплексу TCPM-SP, с помощью которого производится электромагнитный расчет генератора и определяются все основные технические данные генератора как в номинальном, так и неноминальном режимах.

Четвертая глава посвящена вопросам расчета эксплуатационных характеристик гидроагрегата ПЭС, с помощью которых можно получить исчерпывающую информацию об эксплуатационных свойствах всего гидроагрегата в целом.

Эксплуатационные характеристики гидроагрегата ПЭС представляют собой объединение регулировочных характеристик генератора (If,t]r = f(I) при U = const, n = const и cos<p = const) с эксплуатационными характеристиками турбины (tit = f(N) при n = const, H = const) показанными па рнс.б. Полученные в результате такого объединения эксплуатационные характеристики гидроагрегата показаны на рис. 5 и 6.

Рис. 5

Эксплуатационные характеристики капсульного гидроагрегата ПЭС Аннаполис

Рис. 6

Эксплуатационные характеристики проточного гидроагрегата ПЭС Аннаполис

Алгоритм расчета регулировочном характеристики генератора If = f(I) реализован в программном комплексе TCPM-SP. Кроме того, программа TCPM-SP лает возможность рассчитать КПД генератора г|, для каждой точки регулировочной характеристики и построить зависимость

Лг = f(I)-

Порядок расчета эксплуатационных характеристик турбины гидроагрегата ПЭС изложен в диссертации.

Этот расчет выполняется с помощью универсальной характеристики турбины.

В пятой главе методика расчета гидроагрегата ПЭС, разработанная в диссертации, применена к расчету гидроагрегатов конкретного объекта. В качестве такого объекта выбрана II,'-)С Аннаполис, построенная в Канаде в заливе Фапди, для которой имеются псе необходимые данные.

Рассмотрены дна возможных варианта конструктивного исполнения агрегата: капеульпый и проточный.

Для каждого из этих вариантов произведен выбор размеров, поминальной мощности п частоты вращения турбины и генератора.

Произведены гидромеханический расчет турбины н электромагнитный расчет генератора в номинальном режиме. Результаты этих расче тов приведены в табл. 1 и 2.

Рассчитаны эксплуатационные характеристики турбины и всего гидроагрегата (If, т|г, Г|, Р, Р,., N, N„, Q = f(I) при U = 6,3 кВ; п = 50 об/мин; cos ф = 0,9; H = 6,5 м) и капсулыюм и проточном исполнениях. Эти характеристики даны на рис. 4, 5, 6.

Таблица 1

Энергетические показатели и размеры бассейна и турбин капсульно-го и проточного агрегатов ПЭС Аннаполис в номинальном режиме

Наименование, обозначение, размерность величины Значение

Средняя величина прилика, м 11,8

1 (лоща/к. бассейна 11ЭС, км2 0,74

Расчетный напор турбины, м 6,5

Расчетный расход турбины, м'.с 309

Диаметр рабочего колеса турбины, м 7,6

Частота крашения турбины, мин"1 50

КПД турбины 0,948

Мощность турбины, Мит 18,68

Таблица 2

Основные технические данные генераторов ПЭС Аннаполис в капсулыюм и проточном исполнениях

Значение величины

Наименование и размерность величины капсуль- проточ-

ный гид- ный гид-

роагрегат роагрегат

Активная мощность, кВт 17,94 18,05

Коэффициент мощности 0,0 0,9

Частота вращения, мин"' 50 50

Частота сети, Гц 50 50

Внутренний диаметр сердечника статора, мм 6910 9158

Длина п-рдечинк» статора, мм 2510 1340

Мндуктнниыс 1<ш1«(тинлс1(ия обмотки п;ио|ш, о.»'.

Сшщютте 1,044 1,088

11е1>ехп()иое 0,44 0,429

С«е/т1г/)ы<м1ш>1' 0,349 0,306

Ток возбуждении при номинальной нагрузке, Л »10 626,9

Коэффициент полезного действия 0,9604 0,965

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Энергия прилива используется на ПЭС нри весьма малых расчетных напорах (от 4 до 10 м). Применение при таких напорах вертикальных гидроагрегатов приводит к существенному увеличению стоимости ПЭС и габаритных размеров ее здания.

2. С целыо снижения стоимости ПЭС и ее габаритных размеров па ПЭС следует применять только специально разработанные горизонтальные агрегаты двух типов: проточные гидроагрегаты и кан-сульпые гидроагрегаты.

3. Горизонтальные гидроагрегаты ПЭС (как в проточном, так и капсулыюм исполнении) отличаются от вертикальных гидроагрегатов, применяемых на обычных ГЭС тем, что в них турбина и генератор объединены н единый конструктивный блок, все основные размеры активных и конструктивных частей которого должны находиться во нполие определенных соотношениях.

4. Предложена комплексная методика проектирования гидроагрегатов ПЭС. В этой методике учитывается, что все размеры генератора, определяющие форму гидравлического тракта турбины и, в первую очередь, внутренний диаметр сердечника статора, а также диаметр омываемой потоком воды капсулы, внутри которой разметается генератор (в капсульпом агрегате) или подшипники и подпятник (в проточном агрегате), должны находиться в определенных соотношениях с диаметром рабочего колеса турбины.

5. Выбор мощности, частоты вращения и размеров турбины гидроагрегата ПЭС и расчет ее характеристик предложено производить на основании законов гидродинамического подобия, исходя из испытаний модели, в гидравлическом тракте которой воспроизведены соотношения размеров, характерные для заданного тина горизонтального гидроагрегата (капсулмюго или проточного).

6. Для расчета электромагнитных процессов гидрогенератора ПЭС выбран обладающий высокой точностью универсальный метод расчета электромагнитных процессов в электрических машинах (метод зубцопых контуров), разработанный кафедрой электромеханики МЭИ.

7. Выбор размеров и обмоточных данных генератора гидроагрегата ПЭС и расчет его характеристик предложено производить с помощью основанного на методе зубцовых контуров программного комплекса ТСРМ-БР, разработанного кафедрой электромеханики МЭИ и дополненного в диссертации специальным блоком, осуществляющим выбор размеров гидрогенератора с соблюдением подобия для гидравлического тракта агрегата ПЭС.

8. В диссертации предложена новая разновидность эксплуатационных характеристик гидроагрегата ПЭС, с помощью которых можно получить исчерпывающее представление об его эксплуатаци оиных свойствах. Эти эксплуатационные характеристики представляют собой объединение регулировочных характеристик генератора с эксплуатационными характеристиками турбины.

9. Разработан алгоритм расчета эксплуатационных характеристик гидроагрегата ПЭС в режиме регулировочных характеристик, при реализации которого используется программный комплекс ТСРМ-8Р.

10. Сопоставление результатов расчетов гидроагрегату в кап-сульном и проточном исполнениях, выполненных применительно к ПЭС Аннаполис, показало, что более высоким коэффициентом полезного действия в широком диапазоне изменения мощностей обладает капсульный гидроагрегат. В то же время проточный гидроагрегат имеет меньшую массу, главным обратном за счет меньшей массы активных частей генератора.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Чжоу Лицюнь. Метод реализации при оптимальном проектировании крупных гидрогенераторов с дискретно изменяющимися параметрами. //Изв. вузов. "Электромеханика". - 1991. - № 4. - С. 50-55.

Подписано к дечати Л— IAiTi J'l

Печ. л. ¿'¿fi Тираж 4(Д/ Заказ 1т

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13,