ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛАБИНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ БОЛЬШАЯ ЛАБА. ОСУШЕНИЕ ПРОТОЧНОГО ТРАКТА ГИДРОТУРБИНЫ
|
Сокращенный паспорт Лабинской ГЭС 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий функционирования
ГЭС 8
1.1 Климат в районе проектируемой ГЭС 8
1.2 Гидрологические данные 8
1.3 Сейсмичность района строительства 10
1.4 Данные по энергосистеме 10
2 Водно-энергетические расчёты 11
2.1 Данные для водно-энергетических расчетов 11
2.2 Построение суточных графиков нагрузки энергосистемы 11
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 14
2.4 Выбор расчетных гидрографов маловодного и среднего по водности года при
заданной обеспеченности стока 15
2.5 Водно-энергетический расчёт 19
2.6 Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС в маловодном году 22
2.7 Определение установленной мощности ГЭС 23
2.8 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в средневодном году 24
2.9 Баланс мощности 25
3 Основное и вспомогательное оборудование 27
3.1 Построение режимного поля 27
3.2 Выбор системы и количества гидроагрегатов 28
3.3 Выбор отметки установки рабочего колеса 32
3.4 Выбор серийного гидрогенератора 34
3.5 Построение рабочих характеристик гидротурбины 34
3.6 Построение эксплуатационной характеристики ГТ 36
3.7 Расчет и построение металлической спиральной камеры с круглым сечением
и полным углом охвата 37
3.8 Расчет и построение кинематической схемы направляющего аппарата ... 39
3.8.1 Направляющий аппарат 39
3.8.2 Выбор формы сечения лопатки 40
3.8.3 Кинематическая схема механизма поворота лопатки НА 41
3.9 Расчёт вала на прочность 42
3.10 Расчёт подшипника 43
3.10 Выбор типа маслонапорной установки 44
3.11 Выбор электрогидравлического регулятора 45
3.12 Выбор кранов 45
4 Основные параметры и принцип действия направляющего аппарата 46
4.1 Расчет на прочность лопатки направляющего аппарата 47
4.1.1 Условная расчетная схема 47
4.1.2 Исходные данные 48
4.1.3 Расчет сосредоточенного усилия от рычага 48
4.1.4 Расчет реакций опор 51
4.1.5 Расчет моментов 51
4.1.6 Расчет суммарных моментов по сечению 52
4.1.7 Расчет нормального, касательного максимальных напряжений 52
4.1.8 Расчёт лопатки на кручение 53
4.1.9 Расчет предельной прочности лопатки НА 56
4.2 Построение несимметричной лопатки направляющего аппарата в программе Cosmos/M 57
5 Охрана труда. Пожарная безопасность 65
5.1 Безопасность гидротехнических сооружений 65
5.2 Требования по охране труда и техники безопасности для работников
Лабинской ГЭС 65
5.2.1 Общие положения 65
5.2.2 Охрана труда Лабинской ГЭС 67
5.3 Пожарная безопасность 70
5.3.1 Общие требования к пожарной безопасности 70
5.3.2 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 71
5.3.3 Противопожарная безопасность в аккумуляторных установках 72
6 Охрана окружающей среды 74
6.1 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на состояние
водных ресурсов 75
6.2 Водоохранная зона 76
6.3 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанции 77
6.4 Экологические последствия строительства гидроузла 79
7 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации . 82
7.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 82
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 82
7.3 Налоговые расходы в первые годы эксплуатации 85
7.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 86
7.5 Оценка инвестиционного проекта 87
7.5.1 Методология, исходные данные 87
7.5.2 Коммерческая эффективность 88
7.5.3 Бюджетная эффективность 89
7.5.4 Анализ чувствительности 89
8 Осушение проточного тракта 92
8.1 Назначение откачивающих устройств на гидроэлектростанциях 92
8.2 Требования нормативно-технической документации 93
8.3 Выбор схемы откачки воды из проточной части гидротурбины 94
8.4 Расчёт системы осушения проточного тракта для проектируемой ГЭС и
выбор оборудования станции 99
8.5 Контрольно-измерительные приборы добавить картинку 103
8.6 Порядок осушения проточного тракта 104
8.7 Управление и контроль 105
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 107
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 109
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Гидрологический ряд реки Большая Лаба 112
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Водно-энергетические расчеты режима рабы ГЭС в маловодном году 113
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Водно-энергетический расчёт режима работы ГЭС по условию средневодного года 114
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Главная универсальная характеристика 115
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Проточная часть турбины 116
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Эксплуатационная характеристика 117
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. План спиральной камеры 118
ПРИЛОЖЕНИЕ И. Размер профиля лопатки НА 119
ПРИЛОЖЕНИЕ К. Консоль программы 120
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий функционирования
ГЭС 8
1.1 Климат в районе проектируемой ГЭС 8
1.2 Гидрологические данные 8
1.3 Сейсмичность района строительства 10
1.4 Данные по энергосистеме 10
2 Водно-энергетические расчёты 11
2.1 Данные для водно-энергетических расчетов 11
2.2 Построение суточных графиков нагрузки энергосистемы 11
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 14
2.4 Выбор расчетных гидрографов маловодного и среднего по водности года при
заданной обеспеченности стока 15
2.5 Водно-энергетический расчёт 19
2.6 Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС в маловодном году 22
2.7 Определение установленной мощности ГЭС 23
2.8 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в средневодном году 24
2.9 Баланс мощности 25
3 Основное и вспомогательное оборудование 27
3.1 Построение режимного поля 27
3.2 Выбор системы и количества гидроагрегатов 28
3.3 Выбор отметки установки рабочего колеса 32
3.4 Выбор серийного гидрогенератора 34
3.5 Построение рабочих характеристик гидротурбины 34
3.6 Построение эксплуатационной характеристики ГТ 36
3.7 Расчет и построение металлической спиральной камеры с круглым сечением
и полным углом охвата 37
3.8 Расчет и построение кинематической схемы направляющего аппарата ... 39
3.8.1 Направляющий аппарат 39
3.8.2 Выбор формы сечения лопатки 40
3.8.3 Кинематическая схема механизма поворота лопатки НА 41
3.9 Расчёт вала на прочность 42
3.10 Расчёт подшипника 43
3.10 Выбор типа маслонапорной установки 44
3.11 Выбор электрогидравлического регулятора 45
3.12 Выбор кранов 45
4 Основные параметры и принцип действия направляющего аппарата 46
4.1 Расчет на прочность лопатки направляющего аппарата 47
4.1.1 Условная расчетная схема 47
4.1.2 Исходные данные 48
4.1.3 Расчет сосредоточенного усилия от рычага 48
4.1.4 Расчет реакций опор 51
4.1.5 Расчет моментов 51
4.1.6 Расчет суммарных моментов по сечению 52
4.1.7 Расчет нормального, касательного максимальных напряжений 52
4.1.8 Расчёт лопатки на кручение 53
4.1.9 Расчет предельной прочности лопатки НА 56
4.2 Построение несимметричной лопатки направляющего аппарата в программе Cosmos/M 57
5 Охрана труда. Пожарная безопасность 65
5.1 Безопасность гидротехнических сооружений 65
5.2 Требования по охране труда и техники безопасности для работников
Лабинской ГЭС 65
5.2.1 Общие положения 65
5.2.2 Охрана труда Лабинской ГЭС 67
5.3 Пожарная безопасность 70
5.3.1 Общие требования к пожарной безопасности 70
5.3.2 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 71
5.3.3 Противопожарная безопасность в аккумуляторных установках 72
6 Охрана окружающей среды 74
6.1 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на состояние
водных ресурсов 75
6.2 Водоохранная зона 76
6.3 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанции 77
6.4 Экологические последствия строительства гидроузла 79
7 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации . 82
7.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 82
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 82
7.3 Налоговые расходы в первые годы эксплуатации 85
7.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 86
7.5 Оценка инвестиционного проекта 87
7.5.1 Методология, исходные данные 87
7.5.2 Коммерческая эффективность 88
7.5.3 Бюджетная эффективность 89
7.5.4 Анализ чувствительности 89
8 Осушение проточного тракта 92
8.1 Назначение откачивающих устройств на гидроэлектростанциях 92
8.2 Требования нормативно-технической документации 93
8.3 Выбор схемы откачки воды из проточной части гидротурбины 94
8.4 Расчёт системы осушения проточного тракта для проектируемой ГЭС и
выбор оборудования станции 99
8.5 Контрольно-измерительные приборы добавить картинку 103
8.6 Порядок осушения проточного тракта 104
8.7 Управление и контроль 105
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 107
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 109
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Гидрологический ряд реки Большая Лаба 112
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Водно-энергетические расчеты режима рабы ГЭС в маловодном году 113
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Водно-энергетический расчёт режима работы ГЭС по условию средневодного года 114
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Главная универсальная характеристика 115
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Проточная часть турбины 116
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Эксплуатационная характеристика 117
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. План спиральной камеры 118
ПРИЛОЖЕНИЕ И. Размер профиля лопатки НА 119
ПРИЛОЖЕНИЕ К. Консоль программы 120
В связи с высоким темпом развития экономки, в настоящее время одной из основных проблем является дефицит электроэнергии. Для решения этой проблемы необходимо строительство генерирующих предприятий.
В виду сокращения добычи органического топлива и экологических проблем, нарастают темпы строительства гидроэлектростанций. Маневренные мощности ГЭС успешно покрывают пиковые нагрузки, что позволяет более рационально использовать топливо на других видах электростанций. Так же гидравлические электростанции используют возобновляемую энергию воды, что значительно снижает стоимость электроэнергии. Именно поэтому развитие гидроэнергетики является одним из приоритетных направлений, как наиболее развитое, экологически безопасное и привлекательное для инвестиций.
Целью бакалаврской работы является освоение и проработка основных этапов проектирование гидроэлектростанции. Это позволит закрепить и в дальнейшем применить на практике знания, полученные в ходе обучения, а также научиться анализировать варианты для выбора наилучших технических решений.
В настоящее время в Республике Карачаево-Черкессии наблюдается проблема дефицита генерирующих мощностей. Данная проблема вызвана развитием основных секторов промышленности.
Строительство Лабинской ГЭС будет способствовать решению данной проблемы. Появиться возможность снабжения строящихся потребителей в районе станции, а именно алюминиевого завода.
В виду сокращения добычи органического топлива и экологических проблем, нарастают темпы строительства гидроэлектростанций. Маневренные мощности ГЭС успешно покрывают пиковые нагрузки, что позволяет более рационально использовать топливо на других видах электростанций. Так же гидравлические электростанции используют возобновляемую энергию воды, что значительно снижает стоимость электроэнергии. Именно поэтому развитие гидроэнергетики является одним из приоритетных направлений, как наиболее развитое, экологически безопасное и привлекательное для инвестиций.
Целью бакалаврской работы является освоение и проработка основных этапов проектирование гидроэлектростанции. Это позволит закрепить и в дальнейшем применить на практике знания, полученные в ходе обучения, а также научиться анализировать варианты для выбора наилучших технических решений.
В настоящее время в Республике Карачаево-Черкессии наблюдается проблема дефицита генерирующих мощностей. Данная проблема вызвана развитием основных секторов промышленности.
Строительство Лабинской ГЭС будет способствовать решению данной проблемы. Появиться возможность снабжения строящихся потребителей в районе станции, а именно алюминиевого завода.
В дипломном проекте рассчитаны и определены основные элементы, а также параметры Лабинской ГЭС на реке Большая Лаба.
В ходе водно-энергетических расчётов выбрана установленная мощность Лабинской ГЭС, а также определена зона её работы в суточных графиках нагрузки. Установленная мощность составила 495 МВт. Определён уровень мёртвого объёма, отметка которого составила 209,87 м. Полезный объем водохранилища составляет 3,39 км2. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 2197 млн. кВт-ч.
На следующем этапе определено оптимальное число и тип гидроагрегатов гидроэлектростанции. Для этого построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
- максимальный - 86,0 м;
- расчётный - 67,9 м;
- минимальный - 49,3 м.
Выбрана гидротурбина ПЛД 90-В45. По результатам расчётов оптимальным оказался вариант с 4 гидроагрегатами, диаметрами рабочих колёс 5,00 м.
Для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 150 об/мин подобран серийный гидрогенератор СВ 915/165-40. с номинальной активной мощностью 100 МВт. Высота отсасывания -3,84 м и соответствующая отметка рабочего колеса 1609,40 м.
Произведено построение рабочих, эксплуатационных характеристик ГТ. Посчитана и построена металлическая спиральная камера круглого поперечного сечения с переходом на эллиптическое в районе зуба. Также рассчитаны лопатки НА.
Для выбранной турбины был произведен ручной расчет реакций опор, суммарных моментов по сечению, максимальных нормальных напряжений при изгибе, расчет лопатки на кручение, а также расчет предельной прочности лопатки. По рассчитанным крутящим и изгибающим моментам были рассчитаны соответствующие напряжения. Было проведено построение лопатки направляющего аппарата, подшипников и цапф для радиально-осевой гидротурбины.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла.
Оценка эффективности капиталовложений в такое масштабное производство, как гидроэнергетика показывает, в лучшем случае:
- срок окупаемости - 10 лет, 2 месяца;
- себестоимость электроэнергии - 0,41 руб./кВт-ч;
- удельные капиталовложения - 7453,6 руб./кВт.
Таким образом, строительство Лабинской ГЭС на реке Большая Лаба является актуальным.
В ходе водно-энергетических расчётов выбрана установленная мощность Лабинской ГЭС, а также определена зона её работы в суточных графиках нагрузки. Установленная мощность составила 495 МВт. Определён уровень мёртвого объёма, отметка которого составила 209,87 м. Полезный объем водохранилища составляет 3,39 км2. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 2197 млн. кВт-ч.
На следующем этапе определено оптимальное число и тип гидроагрегатов гидроэлектростанции. Для этого построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
- максимальный - 86,0 м;
- расчётный - 67,9 м;
- минимальный - 49,3 м.
Выбрана гидротурбина ПЛД 90-В45. По результатам расчётов оптимальным оказался вариант с 4 гидроагрегатами, диаметрами рабочих колёс 5,00 м.
Для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 150 об/мин подобран серийный гидрогенератор СВ 915/165-40. с номинальной активной мощностью 100 МВт. Высота отсасывания -3,84 м и соответствующая отметка рабочего колеса 1609,40 м.
Произведено построение рабочих, эксплуатационных характеристик ГТ. Посчитана и построена металлическая спиральная камера круглого поперечного сечения с переходом на эллиптическое в районе зуба. Также рассчитаны лопатки НА.
Для выбранной турбины был произведен ручной расчет реакций опор, суммарных моментов по сечению, максимальных нормальных напряжений при изгибе, расчет лопатки на кручение, а также расчет предельной прочности лопатки. По рассчитанным крутящим и изгибающим моментам были рассчитаны соответствующие напряжения. Было проведено построение лопатки направляющего аппарата, подшипников и цапф для радиально-осевой гидротурбины.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла.
Оценка эффективности капиталовложений в такое масштабное производство, как гидроэнергетика показывает, в лучшем случае:
- срок окупаемости - 10 лет, 2 месяца;
- себестоимость электроэнергии - 0,41 руб./кВт-ч;
- удельные капиталовложения - 7453,6 руб./кВт.
Таким образом, строительство Лабинской ГЭС на реке Большая Лаба является актуальным.