Приложение С (обязательное). Гидравлические турбины для рекуперации гидравлической мощности

Приложение С
(обязательное)

Гидравлические турбины для рекуперации гидравлической мощности

С.1 Общие положения

Настоящее приложение распространяется на гидравлические турбины для рекуперации гидравлической мощности (далее - гидротурбины).

Рекуперация гидравлической мощности обычно достигается путем отбора энергии с уменьшением давления перекачиваемой среды, иногда с дополнительным использованием энергии пара или газа, образующегося при снижении давления перекачиваемой среды. Гидротурбина может быть насосом, работающим с потоком в обратном направлении.

С.2 Термины

В настоящем стандарте используются некоторые термины, которые необходимо изменить, если стандарт применяется к гидротурбинам. Направление потока через гидротурбину является обратным по отношению к потоку через насос. В этом случае, слово "насос" меняется на "гидротурбина", термин "всасывающий патрубок насоса" меняется на "выход гидротурбины", а термин "выходной патрубок насоса" - на "вход гидротурбины".

С.3 Конструкция

С.3.1 Характеристики перекачиваемой среды

С.3.1.1 Заказчик должен сообщить поставщику гидротурбины, существует ли возможность для любой части потока перекачиваемой среды, входящего в гидротурбину, превращаться в пар, а также о возможности выделения абсорбированного газа в потоке при снижении давления ниже давления на входе.

С.3.1.2 Заказчик должен определить процентное содержание пара или газа (или того и другого) на выходе гидротурбины, а также давление и температуру парообразования.

С.3.1.3 Если эти данные есть у заказчика, то полный состав перекачиваемой среды и зависимость плотности жидкости и пара (или газа) как функция давления должны быть также сообщены поставщику. Может возникнуть необходимость в регулировании давления на выходе гидротурбины, с целью ограничения парообразования или выделения растворенного газа.

С.3.2 Система промывки торцевых уплотнений

Во избежание сокращения срока службы торцевых уплотнений, необходимо рассмотреть процессы выделения газа и пара в линиях промывки торцевых уплотнений. Если такая опасность существует, то обычно рекомендуется для промывки уплотнений использовать другие источники, вместо линии промывки со входа гидротурбины.

С.3.3 Автоматическое отключение гидротурбины при превышении частоты вращения ротора

С.3.3.1 Необходимо рассмотреть применение механизма автоматического выключения агрегата, если гидротурбина или другое оборудование агрегата не выдержат максимальную частоту вращения ротора при его разгоне (максимальную частоту, достигаемую гидротурбиной без нагрузки и в наихудших установленных режимах на входе и выходе). Обычно такое выключение должно срабатывать в диапазоне от 115 % до 120 % от номинальной частоты вращения ротора. Важно понимать, что максимальная частота вращения ротора при его разгоне в условиях перекачивания жидкостей с высоким содержанием растворенных газов, или жидкостей, которые частично испаряются при прохождении через гидротурбину, может в несколько раз превышать максимальную частоту вращения ротора при его разгоне в условиях работы на холодной воде. На таких перекачиваемых жидкостях невозможно точно определить максимальную частоту разгона.

С.3.3.2 Риск превышения максимальной допустимой частоты снижается, если механизм, который гидротурбина приводит во вращение (например, насос или вентилятор), в реальности не может потерять нагрузку. Риск возрастает, если приводимым оборудованием является электрический генератор, поскольку внезапное отключение генератора от электрических силовых цепей снимает нагрузку гидротурбины. В последнем случае необходимо предусмотреть автоматический контроль нагрузки генератора и его переключение на искусственную нагрузку.

С.3.3.3 Системы роторов, обладающих малой инерцией и имеющих риск внезапного снятия нагрузки, должны оснащаться быстродействующим тормозом, чтобы предотвратить повреждения вследствие превышения максимальной допустимой частоты вращения ротора.

С.3.4 Двойные приводы

Примечание - см. рисунок С.1, а и b.

С.3.4.1 Если гидротурбина используется как дополнение для другого привода, то необходимо применять положения в соответствии с С.3.4.2-С.3.4.5.

С.3.4.2 Основной привод агрегата должен быть рассчитан так, чтобы приводить в действие весь агрегат без помощи гидротурбины.

С.3.4.3 Обгонная муфта (т.е. муфта, передающая крутящий момент в одном направлении, и имеющая свободный ход в другом направлении) должна располагаться между гидротурбиной и остальной частью агрегата, чтобы основной привод мог приводить в действие агрегат, когда гидротурбина не используется, либо при пуске агрегата перед подачей технологического потока в гидротурбину.

С.3.4.4 Подача технологического потока в гидротурбину может меняться в значительной степени и часто. Если подача упадет примерно до 40 % от номинальной подачи, то гидротурбина прекращает выработку мощности и торможение может передаваться на основной привод. Обгонная муфта будет препятствовать такому торможению.

С.3.4.5 Гидротурбина не должна размещаться между основным приводом и приводимым оборудованием.

С.3.5 Генераторы

Примечание - См. рисунок С.1, с.

Если генератор приводится в действие гидротурбиной, работающей на насыщенном газом технологическом потоке, то мощность генератора должна быть выбрана с запасом. Выходная мощность гидротурбины на рабочей среде может на 20-30 % превышать прогнозируемое значение, полученное на основе испытаний на воде, что является результатом воздействия выделяемого газа или испаряющегося перекачиваемого продукта.

С.3.6 Дросселирующие клапаны

В большинстве областей применения, клапаны, используемые для регулирования подачи технологического потока в гидротурбину, должны размещаться выше по потоку и вблизи входа гидротурбины согласно рисунку С.1. Такое размещение позволяет торцевым уплотнениям работать при выходном давлении гидротурбины и, в случае насыщенных газом потоков, позволяет газу выделяться, что приводит к увеличению выходной мощности.

С.3.7 Байпасные клапаны

При любой конфигурации агрегата с гидротурбиной, должен быть установлен полнопоточный регулируемый байпасный клапан. Согласование работы байпасного клапана и регулирующего клапана на входе гидротурбины обычно достигается путем их раздельного контроля (см. рисунок С.1).

С.3.8 Предохранительные клапаны

Для защиты целостности корпуса на выходе гидротурбины и торцевых уплотнений при возможных переходных режимах с противодавлением, необходимо предусмотреть установку предохранительного клапана в выходном трубопроводе гидротурбины согласно рисунку С.1.

С.4 Испытания

С.4.1 Гидротурбина должна пройти параметрические испытания на испытательном стенде поставщика. Гидравлические и механические рабочие гарантированные характеристики должны основываться на результатах испытаний на воде.

С.4.2 На рисунке С.2 приведены рекомендуемые испытательные допуски на рабочие характеристики гидротурбины. Критерии для насосов, установленные в основной части настоящего стандарта, не применяются.

С.4.3 Уровни вибрации для гидротурбины должны отвечать критериям для насосов, установленным в основной части настоящего стандарта.

С.4.4 Рекомендуется проверить срабатывание механизма автоматического выключения при превышении предельной частоты вращения ротора гидротурбины в соответствии с установленной уставкой при стендовых испытаниях на предприятии-изготовителе. Можно попытаться экспериментально достигнуть предельной частоты вращения ротора при испытаниях на воде, однако эту частоту можно точно вычислить, если известны рабочие характеристики гидротурбины на воде. Предельную скорость разгона для потоков, насыщенных газом, нельзя определить путем проведения испытаний на воде.

1 - индикатор уровня и контроллер; 2 - источник высокого давления; 3 - линии управления дроссельными устройствами; 4 - предохранительный клапан; 5 - слив в систему низкого давления; 6 - дроссельное устройство байпасной линии; 7 - дроссельное устройство линии подачи среды на турбину; 8 - электродвигатель; 9 - насос; 10 - обгонная муфта; 11 - гидротурбина; 12 - мультипликатор; 13 - генератор

Рисунок С.1 - Типовые схемы работы агрегата с гидротурбиной

X - подача; Y ₁ - дифференциальный напор, %; Y ₂ - номинальная мощность, %; 1 - номинальная подача; 2 - номинальный напор; 3 - зависимость напора от подачи; 4 - зависимость мощности от подачи; 5 - сторона низкого давления, допуск (95 %); 6 - сторона высокого давления, допуск (105 %)

Рисунок С.2 - Испытательные допуски на параметры гидротурбины