Проект 5-3-3 (Расчет)

Посмотреть архив целиком

Расчет гидросистемы

По первому этапу курсовой работы

по курсу МЖГ


ВАРИАНТ 5-3-3






ТЕМА

Гидравлический расчет гидросистемы

деривационной гидроэлектростанции











Выполнил студент группы Э5-51



Подпись, дата сдачи на проверку


Допустил к защите Кузнецов В.С.




Подпись, дата допуска к защите







Описание объекта расчета

Объектом расчета является гидросистема деривационной гидроэлектростанции, схема которой представлена на рис. 1. В деривационной ГЭС напор создаётся за счет естественного понижения местности от напорного бассейна (отметка - A) до отводящего канала (отметка - B). Основным элементом ГЭС является гидротурбина, вал которой соединен с генератором, вырабатывающим электроэнергию. Гидротурбина представляет собой расположенное в корпусе лопастное колесо, которое преобразует механическую энергию, несомую протекающим потоком воды (расход воды – Q), в механическую энергию вращающегося вала турбины. Вода подводится по напорному водоводу длиной – L, диаметром D, эквивалентная шероховатость стенок водовода - 1. Отработавшая вода по отсасывающей трубе поступает из турбины в отводящий канал.

Для регулирования частоты вращения n турбины на водоводе установлен дисковый затвор (отметка уровня расположения цапфы затвора -C, угол наклона канала водовода в месте установки затвора - α, диаметр цапфы затвора - dз, коэффициент трения скольжения в цапфах – f).

Смазка и охлаждение подшипника турбины осуществляются самосмазом (см. рис. 2а), представляющим собой закрепленный на вале турбины барабан (радиус - R0, высота - b) c отверстием в крышке. Часть W объема барабана заполнена смазочным маслом (плотность - ρ, кинематический коэффициент вязкости или просто кинематическая вязкость - ν). При вращении турбины масло в барабане вращается с той же частотой, что и барабан. Для его подачи к подшипнику (на высоту h) служит труба (длина трубы - l, диаметр трубы - d, эквивалентная шероховатость стенок трубы - 2 ), приемное отверстие которой расположено внутри слоя смазочного масла на радиусе R1 перпендикулярно линейной скорости V0 на этом радиусе вращения (рис. 2б). Расход смазочного масла, необходимый для полноценной работы подшипника скольжения – q. Отработавшая смазка сливается обратно в барабан самотеком.



Задание

Выполните гидравлический расчет гидросистемы и её элементов при следующих данных:

отметка уровня воды в бассейне A – 300 м;

длина канала турбинного водовода L – 3000 м;

диаметр канала турбинного водовода D – 1,5 м;

эквивалентная шероховатость стенок турбинного водовода Δ1 - 2 мм;

отметка уровня расположения цапфы затвора C – 50 м;

угол наклона канала водовода в месте установки затвора α – 15о;

диаметр цапфы затвора dз – 0,22 м;

коэффициент трения скольжения в цапфах f – 0,2;

отметка уровня воды в отводящем канале B – 15 м;

радиус барабана самосмаза R0 - 1 м;

высота барабана самосмаза b – 0,15м;

плотность смазочного масла ρм – 800 кг/м3 ;

кинематический коэффициент вязкости (кинематическая вязкость) смазочного масла ν – 0,36 Ст;

объем смазочного масла, заливаемого в барабан самосмаза

W – 0,09 м3;

высота подачи смазочного масла (высота расположения выходного сечения трубки самосмаза по отношению к входному сечению) h – 4,0 м;

длина трубки самосмаза l – 5 м;

диаметр трубки самосмаза d – 15 мм;

эквивалентная шероховатость стенок трубки самосмаза Δ2 – 0,1 мм;

частота вращения турбинного колеса n –140 об/мин.

плотность воды в = 103 кг/м3;

кинематический коэффициент вязкости воды =10-2 Ст.




Этап первый


  1. Вычислите силу давления воды на дисковый затвор, перекрывающий сечение турбинного водовода. Считать, что за затвором вода отсутствует и давление воздуха равно атмосферному.

Какой внешний момент силы нужно приложить к затвору, чтобы удержать его в закрытом положении?

  1. Какая сила действует на верхнюю крышку самосмаза при его вращении с заданной частотой при отсутствии поля сил тяжести и при его существовании?


Решение.

1. На центр затвора будет действовать давление . Тогда сила давления будет равна .

Находим центр давления: - расстояние от центра тяжести С площади стенки до линии пересечения плоскости стенки с пьезометрической плоскостью;

- смещение центра давления относительно центра тяжести вдоль плоскости затвора, где - момент инерции площади круглой стенки.

Момент силы давления равен .

Момент сил трения равен .

Поскольку момент трения больше момента сил давления, то крышка будет удерживаться в закрытом положении без действия внешнего момента.


2. а) при существовании поля силы тяжести.

При вращении пьезометрическая поверхность масла примет параболическую форму. Турбина вращается с частотой , что соответствует .

Определим на каком расстоянии от центра (R) на высоте b будет находиться масло: , тогда и .

Определим закон распределения избыточного в жидкости: ; при и , т.к. эта точка принадлежит пьезометрической поверхности, в итоге получаем , и если подставить в уравнение .

Давление на верхнюю крышку найдем как интеграл от R0 до R от избыточного давления, умноженного на площадь элементарной площадки:

б) при отсутствии поля силы тяжести.

В этом случае пьезометрическая поверхность выродится в цилиндрическую.

Найдем R2: , следовательно .

Избыточное давление примет вид: .

Давление на крышку найдем таким же способом, как и в предыдущем пункте:

Ответы.

Сила давления воды на дисковый затвор .

Для удержания затвора внешний момент не нужен.

Сила, действующая на верхнюю крышку самосмаза при его вращении с заданной частотой при отсутствии поля сил тяжести, а при его существовании .

8








Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.