Проведение натурных испытаний гидравлической турбины индексным и абсолютным методами. Построение энергетических характеристик
|
Список сокращений 3
Введение 4
1 Натурные испытания гидроагрегатов 6
1.1 Общие положения о натурных испытаниях 6
1.2 Подготовка и организация испытаний 7
2 Проведение энергетических испытаний 10
2.1 Методика проведения энергетических испытаний 10
2.2 Измеряемые величины и методы их измерений 12
2.2.1 Напор 13
2.2.2 Расход воды 23
2.2.3 Мощность 47
2.2.4 Значение КПД блока 48
2.2.5 Значение КПД турбины 48
3 Обработка полученных результатов 50
3.1 Привидение мощности и расхода к среднему напору 50
3.2 Погрешности 51
3.3 Построение энергетических характеристик 58
3.4 Оформление и предоставление результатов испытаний 69
4 Экономическая эффективность проведения натурных испытаний 71
Заключение 73
Список использованных источников 75
Приложение А Результаты энергетических испытаний абсолютным методом Усть-Каменогорская ГЭС 77
Приложение Б Результаты энергетических испытаний индексным методом Саратовская ГЭС 85
Введение 4
1 Натурные испытания гидроагрегатов 6
1.1 Общие положения о натурных испытаниях 6
1.2 Подготовка и организация испытаний 7
2 Проведение энергетических испытаний 10
2.1 Методика проведения энергетических испытаний 10
2.2 Измеряемые величины и методы их измерений 12
2.2.1 Напор 13
2.2.2 Расход воды 23
2.2.3 Мощность 47
2.2.4 Значение КПД блока 48
2.2.5 Значение КПД турбины 48
3 Обработка полученных результатов 50
3.1 Привидение мощности и расхода к среднему напору 50
3.2 Погрешности 51
3.3 Построение энергетических характеристик 58
3.4 Оформление и предоставление результатов испытаний 69
4 Экономическая эффективность проведения натурных испытаний 71
Заключение 73
Список использованных источников 75
Приложение А Результаты энергетических испытаний абсолютным методом Усть-Каменогорская ГЭС 77
Приложение Б Результаты энергетических испытаний индексным методом Саратовская ГЭС 85
Актуальность работы. Основной целью натурных энергетических испытаний гидроагрегатов является уточнение энергетических характеристик.
Энергетические характеристики, определяющие взаимную связь параметров турбины, имеют одно из важнейших значений для организации надёжной и экономичной эксплуатации.
На первом этапе проводят исследование модельных турбин. В результате модельных исследований в широком диапазоне работы турбины составляются характеристики, дающие достаточно полное представление об её энергетических и кавитационных показателях. Далее, путём пересчёта основных энергетических параметров турбины, результаты испытаний модели переносят на геометрически подобную натурную гидротурбину.
При поставке на ГЭС гидротурбинного оборудования энергетические характеристики, полученные на модели, выдают заводы-изготовители.
Вследствие множества факторов, например, таких как: отклонение при изготовлении рабочих колес и проточной части гидротурбины, фактические энергетические характеристики имеют отличия от пересчитанных с модельных. Опыт эксплуатации свидетельствует, что натурные характеристики для отдельных гидроагрегатов одной и той же серии, работающих на одной ГЭС могут значительно разниться между собой. Ситуации здесь возникают самые разнообразные. Один агрегат имеет, например, повышенный уровень вибраций опорных узлов, на втором - отмечается сниженный уровень КПД из-за эрозионных разрушений проточного тракта, третий - переведен в пропеллерный режим и так далее. Иначе говоря, в энергетических характеристиках натурных машин имеют место те или иные отклонения.
Эти различия в процессе эксплуатации увеличиваются. Причиной этого может являться неодинаковый износ рабочих колес и проточной части, а также отклонения при восстановления профилей лопастей при ремонтно-восстановительных работах.
Поэтому характеристики, полученные по результатам модельных испытаний, являются неактуальными.
Для получения натурных характеристик, отражающих фактические значения, и проводят энергетические испытания.
Кроме того, согласно [Правилам технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ п.3.3.1]: «При эксплуатации гидротурбинных установок должна быть обеспечена их бесперебойная работа с максимально возможным для заданной нагрузки и действующего напора коэффициентом полезного действия (КПД)».
При работе гидроагрегатов, используя эксплуатационную характеристику, на которой каждому режиму гидротурбины, работающей при переменном напоре и мощности, соответствует определённое значение КПД, не сложно выбрать диапазон нагрузок, при котором обеспечится его наивысшее значение.
Следовательно, энергетические характеристики имеют большое значение для рациональной эксплуатации гидротурбинных установок. Несомненно, эти характеристики должны отражать действительные значения параметров натурных гидротурбин.
Следовательно, для эффективной и надежной эксплуатации гидротурбинных установок необходимо провести натурные испытания.
Эти испытания позволят:
выявить недостатки при проектировании, изготовлении и монтаже испытываемого оборудования;
проверить выполнение технических условий и заводских гарантий по энергетическим и механическим характеристикам, гарантий регулирования гидротурбин;
проверить надежность отдельных узлов и гидроагрегатов в целом; установить оптимальные режимы и условия работы гидроагрегатов; определить действительные запасы статической и динамической устойчивости гидрогенераторов при параллельной работе в энергосистеме.
На сегодняшний день, большая часть испытаний проводится специализированными организациями - ОРГРЭС, НИИЭС, НПО ЦКТИ и другими или службами энергетических объединений, так как требует специальной подготовки персонала и высокой оснащенности средствами измерения.
Безусловно, испытание целесообразно проводить силами специализированных учреждений, но для действительного определения натурных показателей, для исключения тенденциозности, желательно, чтобы эти испытания проводили сторонние организации, не принимающие участия в изготовлении оборудования.
Таким образом, для гидроэлектростанции весьма актуальным является проведение натурных энергетических испытаний, благодаря которым происходит уточнение энергетических характеристик, которые в свою очередь необходимы для более эффективной эксплуатации агрегатов.
Цель настоящей работы состоит в обосновании необходимости проведения испытаний, выявлении проблем, возникающих при измерениях, а также в поиске путей совершенствования механизма проведения натурных энергетических испытаний гидроагрегатов.
Для реализации данной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:
1) Проанализированы методики проведения и обработки результатов натурных энергетических испытаний гидроагрегатов индексным и абсолютным методами.
2) Рассмотрены типичные методы определения энергетических параметров.
3) Раскрыты особенности натурных испытаний гидроагрегатов.
4) Выработаны практические рекомендации по измерениям.
5) Обоснована экономическая эффективность проведения испытаний.
Энергетические характеристики, определяющие взаимную связь параметров турбины, имеют одно из важнейших значений для организации надёжной и экономичной эксплуатации.
На первом этапе проводят исследование модельных турбин. В результате модельных исследований в широком диапазоне работы турбины составляются характеристики, дающие достаточно полное представление об её энергетических и кавитационных показателях. Далее, путём пересчёта основных энергетических параметров турбины, результаты испытаний модели переносят на геометрически подобную натурную гидротурбину.
При поставке на ГЭС гидротурбинного оборудования энергетические характеристики, полученные на модели, выдают заводы-изготовители.
Вследствие множества факторов, например, таких как: отклонение при изготовлении рабочих колес и проточной части гидротурбины, фактические энергетические характеристики имеют отличия от пересчитанных с модельных. Опыт эксплуатации свидетельствует, что натурные характеристики для отдельных гидроагрегатов одной и той же серии, работающих на одной ГЭС могут значительно разниться между собой. Ситуации здесь возникают самые разнообразные. Один агрегат имеет, например, повышенный уровень вибраций опорных узлов, на втором - отмечается сниженный уровень КПД из-за эрозионных разрушений проточного тракта, третий - переведен в пропеллерный режим и так далее. Иначе говоря, в энергетических характеристиках натурных машин имеют место те или иные отклонения.
Эти различия в процессе эксплуатации увеличиваются. Причиной этого может являться неодинаковый износ рабочих колес и проточной части, а также отклонения при восстановления профилей лопастей при ремонтно-восстановительных работах.
Поэтому характеристики, полученные по результатам модельных испытаний, являются неактуальными.
Для получения натурных характеристик, отражающих фактические значения, и проводят энергетические испытания.
Кроме того, согласно [Правилам технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ п.3.3.1]: «При эксплуатации гидротурбинных установок должна быть обеспечена их бесперебойная работа с максимально возможным для заданной нагрузки и действующего напора коэффициентом полезного действия (КПД)».
При работе гидроагрегатов, используя эксплуатационную характеристику, на которой каждому режиму гидротурбины, работающей при переменном напоре и мощности, соответствует определённое значение КПД, не сложно выбрать диапазон нагрузок, при котором обеспечится его наивысшее значение.
Следовательно, энергетические характеристики имеют большое значение для рациональной эксплуатации гидротурбинных установок. Несомненно, эти характеристики должны отражать действительные значения параметров натурных гидротурбин.
Следовательно, для эффективной и надежной эксплуатации гидротурбинных установок необходимо провести натурные испытания.
Эти испытания позволят:
выявить недостатки при проектировании, изготовлении и монтаже испытываемого оборудования;
проверить выполнение технических условий и заводских гарантий по энергетическим и механическим характеристикам, гарантий регулирования гидротурбин;
проверить надежность отдельных узлов и гидроагрегатов в целом; установить оптимальные режимы и условия работы гидроагрегатов; определить действительные запасы статической и динамической устойчивости гидрогенераторов при параллельной работе в энергосистеме.
На сегодняшний день, большая часть испытаний проводится специализированными организациями - ОРГРЭС, НИИЭС, НПО ЦКТИ и другими или службами энергетических объединений, так как требует специальной подготовки персонала и высокой оснащенности средствами измерения.
Безусловно, испытание целесообразно проводить силами специализированных учреждений, но для действительного определения натурных показателей, для исключения тенденциозности, желательно, чтобы эти испытания проводили сторонние организации, не принимающие участия в изготовлении оборудования.
Таким образом, для гидроэлектростанции весьма актуальным является проведение натурных энергетических испытаний, благодаря которым происходит уточнение энергетических характеристик, которые в свою очередь необходимы для более эффективной эксплуатации агрегатов.
Цель настоящей работы состоит в обосновании необходимости проведения испытаний, выявлении проблем, возникающих при измерениях, а также в поиске путей совершенствования механизма проведения натурных энергетических испытаний гидроагрегатов.
Для реализации данной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:
1) Проанализированы методики проведения и обработки результатов натурных энергетических испытаний гидроагрегатов индексным и абсолютным методами.
2) Рассмотрены типичные методы определения энергетических параметров.
3) Раскрыты особенности натурных испытаний гидроагрегатов.
4) Выработаны практические рекомендации по измерениям.
5) Обоснована экономическая эффективность проведения испытаний.
Результаты проведенных в диссертационной работе исследований подтверждают, что для эффективной и надежной эксплуатации гидротурбинных установок необходимо после комплексного их опробования провести натурные испытания.
При проведении испытаний абсолютным методом, при помощи гидрометрических вертушек или ультразвуковых расходомеров определялось действительное значение расхода. При индексном методе, с помощью метода Винтера-Кеннеди или же акустического расходомера определяется относительное значение КПД. При этом определение абсолютного расхода на натурной гидротурбине сопровождалось большими, по сравнению с индексным, подготовительными работами и финансовыми затратами.
Однако следует помнить, что испытания индексным методом не устанавливают абсолютные значения КПД и на характеристиках следует указывать, что они получены из условия равенства максимальных КПД турбины значению гарантированному заводом. Поэтому, для получения более точных энергетических характеристик, необходимо проведение энергетических испытаний абсолютным методом, благодаря которому определяется натурный КПД турбины, уточняется эксплуатационная характеристика.
Кроме того, приведённые в работе расчёты экономической эффективности доказывают, что затраты на проведения испытаний как индексным, так и абсолютным методами полностью окупаются в течение небольшого срока, а их экономический эффект во многом превосходит расходы.
В условиях современного рынка электроэнергии и мощности точное определение параметров работы гидроагрегата является весьма актуальным. Нетрудно заметить, что определение действительных значений необходимо не только для уточнения энергетических характеристик, но и для повышения технико-экономических показателей станции.
Кроме того, важность наличия достоверных натурных характеристик заключается не только в возможности наладки по ним экономичной эксплуатации гидроагрегатов, но для решения ряда других задач. Например, достоверные натурные характеристики могут покрыть дополнительные резервы увеличения мощности отдельных гидроагрегатов и ГЭС в целом, за пределами ограничения.
Самым важным, как в случае абсолютного, так и индексного метода является проработка и выполнения каждого этапа при подготовке, проведении и обработки результатов испытаний. Необходимо, чтобы испытания проводились при соблюдении всех рекомендаций МЭК, ISO, ГОСТ и РД.
Чтобы оценить необходимость правильной подготовки каждого этапа и важность проведения испытаний, в работе был приведён ряд примеров:
Братская ГЭС, на которой был выполнен большой объём испытаний абсолютным методом, с использованием, как гидрометрических вертушек, так и ультразвуковых расходомеров. Это позволило не только своевременно определить значительное падение КПД по сравнению с проектным значением, но и выработать рекомендации к проведению испытаний на гидростанциях с аналогичной компоновкой.
Усть-Каменогорская ГЭС, на которой были проведены энергетические испытание после замены рабочих колёс. Эти испытания также позволили определить действительное значение КПД гидротурбины, которое превысило проектное значение, а также определить фактические характеристики агрегатов, которые обеспечивают более эффективную работу, как самих агрегатов, так и гидростанции в целом.
Саратовская ГЭС, на которой были проведены испытания индексным методом. Эти испытания также позволили уточнить значение КПД, которое превысило проектное значение, а также определить натурные характеристики, что может быть использовано для более экономичной эксплуатации гидроагрегатов.
И многие другие гидроэлектростанции, испытания на которых позволили как повысить надёжность и экономичность работы, так и выявить недостатки. Полученный опыт проведения этих испытаний в целом и каждого этапа в частности должен быть использован при организации испытаний на гидроэлектростанциях.
При проведении испытаний абсолютным методом, при помощи гидрометрических вертушек или ультразвуковых расходомеров определялось действительное значение расхода. При индексном методе, с помощью метода Винтера-Кеннеди или же акустического расходомера определяется относительное значение КПД. При этом определение абсолютного расхода на натурной гидротурбине сопровождалось большими, по сравнению с индексным, подготовительными работами и финансовыми затратами.
Однако следует помнить, что испытания индексным методом не устанавливают абсолютные значения КПД и на характеристиках следует указывать, что они получены из условия равенства максимальных КПД турбины значению гарантированному заводом. Поэтому, для получения более точных энергетических характеристик, необходимо проведение энергетических испытаний абсолютным методом, благодаря которому определяется натурный КПД турбины, уточняется эксплуатационная характеристика.
Кроме того, приведённые в работе расчёты экономической эффективности доказывают, что затраты на проведения испытаний как индексным, так и абсолютным методами полностью окупаются в течение небольшого срока, а их экономический эффект во многом превосходит расходы.
В условиях современного рынка электроэнергии и мощности точное определение параметров работы гидроагрегата является весьма актуальным. Нетрудно заметить, что определение действительных значений необходимо не только для уточнения энергетических характеристик, но и для повышения технико-экономических показателей станции.
Кроме того, важность наличия достоверных натурных характеристик заключается не только в возможности наладки по ним экономичной эксплуатации гидроагрегатов, но для решения ряда других задач. Например, достоверные натурные характеристики могут покрыть дополнительные резервы увеличения мощности отдельных гидроагрегатов и ГЭС в целом, за пределами ограничения.
Самым важным, как в случае абсолютного, так и индексного метода является проработка и выполнения каждого этапа при подготовке, проведении и обработки результатов испытаний. Необходимо, чтобы испытания проводились при соблюдении всех рекомендаций МЭК, ISO, ГОСТ и РД.
Чтобы оценить необходимость правильной подготовки каждого этапа и важность проведения испытаний, в работе был приведён ряд примеров:
Братская ГЭС, на которой был выполнен большой объём испытаний абсолютным методом, с использованием, как гидрометрических вертушек, так и ультразвуковых расходомеров. Это позволило не только своевременно определить значительное падение КПД по сравнению с проектным значением, но и выработать рекомендации к проведению испытаний на гидростанциях с аналогичной компоновкой.
Усть-Каменогорская ГЭС, на которой были проведены энергетические испытание после замены рабочих колёс. Эти испытания также позволили определить действительное значение КПД гидротурбины, которое превысило проектное значение, а также определить фактические характеристики агрегатов, которые обеспечивают более эффективную работу, как самих агрегатов, так и гидростанции в целом.
Саратовская ГЭС, на которой были проведены испытания индексным методом. Эти испытания также позволили уточнить значение КПД, которое превысило проектное значение, а также определить натурные характеристики, что может быть использовано для более экономичной эксплуатации гидроагрегатов.
И многие другие гидроэлектростанции, испытания на которых позволили как повысить надёжность и экономичность работы, так и выявить недостатки. Полученный опыт проведения этих испытаний в целом и каждого этапа в частности должен быть использован при организации испытаний на гидроэлектростанциях.
Подобные работы
- Проведение натурных испытаний гидравлической турбины индексным и абсолютным методами. Построение энергетических характеристик
Магистерская диссертация, электроэнергетика. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2017 - Определение оптимальной зоны и зоны ограничения работы гидроагрегатов Волжской ГЭС, прошедших реконструкцию путем проведения натурных энергетических испытаний, для повышения энергоэффективности предприятия
Магистерская диссертация, электроэнергетика. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2016