SOPLOLI REAKTIV GIDROTURBINADA NAZARIY TAHLIL NATIJASIDA OLINGAN ENERGETIK PARAMETRLAR

Ushbu ishda “psat” bosimini hosil qilish imkoni bo‘lgan suvmanbalaridan elektr energiyasini olish uchun ishlab chiqilgan soploli reaktivgidroturbinali mikro GES konstruksiyasi va ishlash tizimi bayon etilgan. Shuningdek,gidroturbinada suv sarf Q=200 l/s bo‘lganda suv sathiga bog‘liq holda gidroturbinaenergetik parametrlarining o‘zgarishi keltirilgan

DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.15044707 UDK 621. 22-226

SOPLOLI REAKTIV GIDROTURBINADA NAZARIY TAHLIL NATIJASIDA OLINGAN ENERGETIK PARAMETRLAR

Xamidillo O‘SAROV Qo‘qon universiteti Andijon filiali, PhD

Annotatsiya: Ushbu ishda “psat” bosimini hosil qilish imkoni bo‘lgan suv manbalaridan elektr energiyasini olish uchun ishlab chiqilgan soploli reaktiv gidroturbinali mikro GES konstruksiyasi va ishlash tizimi bayon etilgan. Shuningdek, gidroturbinada suv sarfi Q=200 l/s bo‘lganda suv sathiga bog‘liq holda gidroturbina energetik parametrlarining o‘zgarishi keltirilgan.

Kalit so‘zlar: gidroturbina, soplo, ishchi g‘ildirak, bosim, reaktiv, suv manbalari, mikro GES.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА В СОПЛОВОЙ РЕАКТИВНОЙ ГИДРОТУРБИНЕ Хамидилло УСАРОВ Андижанский филиал Кокандского университета, PhD Аннотация: В данной работе описана конструкция и система эксплуатации реактивной гидротурбинной микроГЭС, предназначенный для получения электроэнергии из водных источников, способных создавать давление psat. Также при расходе воды в гидротурбине Q = 200 л/с приведено изменение энергетичес­ ких параметров гидротурбины в зависимости от уровня воды. Ключевые слова: гидротурбина, сопло, рабо­ чее колесо, давление, струя, источники воды, микроГЭС.

ENERGY PARAMETERS OBTAINED FROM THE THEORETICAL ANALYSIS OF A NOZZLE REACTION HYDROTURBINE Khamidillo USAROV Andijan branch of Kokand University, PhD Abstract: This paper describes the design and operating system of a reactive hydroturbine microHPP designed to generate electricity from water sources capable of creating psat pressure. Also, with water flow in the hydraulic turbine Q = 200 l/s, the change in the energy parameters of the hydraulic turbine depending on the water level is shown. Keywords: hydro turbine, nozzle, runner, pressure, jet, water sources, micro HPP.

Ma’lumki, zaminimizdagi yer osti yoqilg‘ilari hisoblangan neft, gaz, ko‘mir kabi uglevodorodli yoqilg‘ilarini yoqish orqali elektr energiyasi va issiqlik energiyasi ishlab chiqarish atrof-muhitni ifloslanishiga hamda global iqlim o‘zgarishiga olib keladi [1]. Demak, yaqin kelajakda bu yoqilg‘i turlari asosida ishlovchi energetik qurilmalarni diversifikatsiya qilish va ularning o‘rniga qayta tiklanuvchi energiya manbalari asosida ishlovchi energetik qurilmalarni ishlab chiqish va joriy etish muhim ahamiyatga ega, xususan qayta tiklanuvchi energiya manbalaridan biri bo‘lgan gidroenergetika sohasida past bosimlarda ham samarali ishlovchi mikro gidroelektr stansiyalarni takomillashtirish va yangi avlodlarni yaratish dolzarb masalani tashkil etadi. Yurtimizda muqobil energiya resurslaridan foydalanish sohasida, xususan, gidroenergetika sohasida Prezidentimizning 2017-yil 2-maydagi “2017-2021 yillarda

O‘ZBEKGIDROENERGETIKA PRINT ISSN 3060-4672 48 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER VOLUME 6 | ISSUE 4 | 2024

gidroenergetikani yanada rivojlantirish chora-tadbirlari dasturi to‘g‘risida”gi PQ-2947-son, 2021-yil 10-dekabrdagi “Gidroenergetikani yanada rivojlantirish bo‘yicha qo‘shimcha chora-tadbirlar to‘g‘risida”gi PQ-4410-son hamda 2023-yil 30-martdagi “Gidroenergetika sohasini yanada isloh qilish chora-tadbirlari to‘g‘risida”gi PQ-104-sonli qarorlarida belgilangan vazifalarni amalga oshirish, jumladan, past bosimlarda yuqori samaradorlik bilan ishlaydigan yangi konstruksiyadagi reaktiv prinsipda ishlovchi mikro gidroelektr stansiyalarni takomillashtirish va yuqori unumdorlik bilan ishlashini ta’minlovchi texnik yechimlarni ishlab chiqish muhim masalalardan hisoblanadi [2-4]. Shu bois, avvalambor, Andijon viloyatidagi gidroenergetik potensialni hamda undan foydalanish imkoniyatini ko‘rib chiqamiz. Gidroenergetika tizimida past bosimli suv manbalaridan foydalanishga yo‘naltirilgan tadqiqotlarni amalga oshirish alohida ahamiyatga ega. Chunki, 1,5-5 m suv bosimiga ega bo‘lgan gidroenergetik manbalar nafaqat butun dunyoda balki, yurtimizning barcha hududlarida ham ko‘plab mavjud [5]. Shuning uchun katta-kichik daryolar, ariq va kanallar hamda irrigatsiya tizimidagi suv manbalaridan olinishi mumkin bo‘lgan elektr energiyasini, ularda ishlatilishi mumkin bo‘lgan mikro GES gidroturbinalarining turlarini, quvvat­ larini va sonini aniqlash tegishli hududlardagi ekotizim va yoqilg‘i resurslarini tejashda o‘z salmog‘iga ega bo‘ladi. Yuqorida bildirilgan fikrlarga asosan, Andijon viloyatidagi mavjud suv manbalarining gidroenergetik potensiali o‘rganildi. Andijon viloyati tumanlaridan oqib o‘tuvchi asosiy suv manbalari, ulardagi suv sarfi va uzunliklari quyidagi 1.1-jadvalda keltirilgan.

1.1-jadval Andijon viloyati hududidagi tumanlardan oqib o‘tuvchi asosiy suv manbalari

O‘rtacha suv Umumiy Daryo, soylar va sarfi Qmax № uzunligi, Oqib o‘tuvchi tumanlar nomi kanallar nomi m3 sek km Qo‘rg‘ontepa, Jalaquduq, 1. Qoradaryo 840 143,1 Paxtaobod, Andijon, Izboskan, Oltinko‘l, Baliqchi 2. Maylisoy 105 21 Paxtaobod, Izboskan 3. Tentaksoy 175 21,7 Paxtaobod, Izboskan Qo‘rg‘ontepa, Jalaquduq, 4. Shahrixonsoy 168 108,3 Xo‘jaobod, Buloqboshi, Asaka, Shahrixon, Bo‘ston Qirg‘iziston Respublikasi, 5. Savay kanali 32 47,3 Qo‘rg‘ontepa, Jalaquduq, Xo‘jaobod 6. Andijonsoy 34 76,7 Qo‘rg‘ontepa, Jalaquduq, Andijon Qirg‘iziston Respublikasi, 7. Oqburasoy 140 21,3 Jalaquduq, Xo‘jaobod Qirg‘iziston Respublikasi, 8. Paxtaobod kanali 20 39,8 Paxtaobod, Izboskan Qorag‘unon 9. 18 18 Qo‘rg‘ontepa, Jalaquduq kollektori

PRINT ISSN 3060-4672 O‘ZBEKGIDROENERGETIKA

VOLUME 6 | ISSUE 4 | 2024 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER

Katta Farg‘ona Qirg‘iziston Respublikasi, 10. kanali. Kuygan- 160 17 Namangan vil., Izboskan, Andijon yor yuqori qismi Katta Farg‘ona Andijon, Oltinko‘l, Shahrixon, 11. kanali. Kuygan- 124 12 Bo‘ston, Farg‘ona vil., Tojikiston yor pastki qismi Respublikasi Katta Andijon Namangan vil., Baliqchi, Ulug‘nor, 12. 120 41,7 kanali Farg‘ona vil. Jalaquduq, Xo‘jaobod, Buloqboshi, Katta Farg‘ona 13. 80 57,3 Qirg‘iziston Respublikasi, kanali Marhamat tumani, Farg‘ona vil.

O‘rganish natijasida Qoradaryoning uzunli 143,1 km bo‘lib, o‘rtacha suv sarfi 800 m3·sek ni tashkil etadi. Bu daryoning qiyaligi juda kichik bo‘lib, taxminan 0,12-0,50 m/km ni tashkil etadi. Xuddi shuningdek Maylisoy, Tentaksoy, Shahrixonsoy, Savay kanali, Andijonsoy, Oqburasoy, Paxtaobod kanali, Katta Farg‘ona kanali, Kuygan-yor yuqori qismi, Katta Andijon kanali, Katta Farg‘ona kanallarining asosiy qismi ham qiyaligi juda kichik bo‘lib, ularda kichik GES larni qurib bo‘lmaydi. Yuqorida keltirilgan jadval asosida Andijon viloyati hududidan oqib o‘tuvchi suv manbalarining yalpi va texnik gidroenergetik potensialini hisoblash hamda olinishi mumkin bo‘lgan energiya quvvatini hisoblash natijasida, 1.2-jadval­ da Andijon viloyatining tumanlar kesimidagi yalpi gidroenergetik potensiali keltirilgan.

1.2-jadval Andijon viloyatining tumanlar kesimidagi yalpi gidroenergetik potensiali [6]

Yalpi gidroener- Yalpi gidroener-Tuman nomi getik potensiali Tuman nomi getik potensiali (GVt/yil) (GVt/yil) Buloqboshi tumani 0,02 103 Marhamat tumani 70,2 103 Asaka tumani 9,45 103 Oltinko‘l tumani 3,21 103 Andijon tumani 1,10 103 Paxtaobod tumani 1,05 103 Bo‘ston tumani 2,28 103 Baliqchi tumani 15,3 103 Jalaquduq tumani 6,21 103 Izboskan tumani 4,15 103 Xo‘jaobod tumani 9,61 103 Shahrixon tumani 0,13 103 Qo‘rg‘ontepa tumani 3,64 103 Ulug‘nor tumani 0,01 103 Jami: 104,4 103GVt/yil

Hozirgi kungacha barcha yalpi gidroenergetik potensiallar suv bosimiga nisbatan hisoblangan. Bizning tadqiqotimizda esa, suv oqimining kinetik energiyasi bo‘yicha hisoblandi. Chunki, mahalliy sharoitda suv manbalarida past bosimni hosil qilish orqali elektr energiya olish ko‘zda tutilgan. 1.2-jadvaldan ko‘rishimiz mumkinki, Andijon viloyatidagi suv manbalarining yalpi gidro­ energetik potensialining 0,1% ni o‘zlashtirish amalga oshirilsa, 104,4 GVt/yil hajmdagi ekologik toza elektr energiya olish imkoni yaratiladi. Bu, o‘z navbatida,

O‘ZBEKGIDROENERGETIKA PRINT ISSN 3060-4672 50 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER VOLUME 6 | ISSUE 4 | 2024

katta miqdordagi yoqilg‘i zaxirasini tejashga hamda atrof-muhitga chiqadigan zaxarli gazlarni chiqishini oldini oladi. Ko‘rib o‘tganimizdek, gidroenergetika sohasida hali amalga oshirilishi kerak bo‘lgan ishlar talaygina, ya’ni respublikamizdagi anhor, irrigatsiya tizimlari, daryolar kabi suv manbalarida mikro GES qurish mumkin bo‘lgan gidro­energetik potensialini hisoblash va ularda ishlaydigan mikro GES gidroturbinalarini yangi avlodlarini yaratish hamda mavjudlarini takomillashtirish orqali elektr energiyasi ishlab chiqarish iqtisodiyot va ekologiya tizimimizni yaxshilashda o‘zining salmoqli ulushiga ega hisoblanadi. Hozirgi kunda past bosimli suv manbalarida ishlaydigan mikro GES gidroturbinalari asosan charxpalak, marjonli va Dare rotori, Arximed spirali, shnekli, parrakli aktiv ishchi g‘ildirakka ega bo‘lgan turlari mavjud bo‘lib, ularning asosiy kamchiliklari, ko‘p miqdorda metall xom ashyosi ishlatiladi, tezkorligi juda past ko‘rsatkichga egaligi sababli qo‘shimcha bir necha bosqichli shkiflar va reduktordan foydalanish talab etiladi, FIK i juda past, suv miqdori o‘zgarishida aylanish chastotasi o‘zgaradi va kuchlanish chastotasini boshqarish muayyan murakkablikka ega. Bu kamchiliklar, o‘z navbatida, mikro GES tannarxini ortishiga olib keladi [7]. Reaktiv prinsipda ishlovchi Frensis va Kaplan gidroturbinalari asosida mikro GES turbinalarini yasash, ya’ni turbinalarning o‘lchamlari kichik bosimlarga moslashtirilsa, texnik qiyinchiliklarga olib kelish bilan birga, FIK kichik bo‘ladi. Misol tariqasida, Filippin, Lagunadagi Molavin daryosi gidropotensialini hisoblashda olingan natijani tekshirish mumkin. Bunda Kaplan gidroturbinasi asosidagi, nominal quvvati 2,3-7,5 kVt va 1,9-5,5 kW bo‘lgan ikkita mikro GES o‘rnatilib, mos holda 49,9% va 51,8% FIK olishga erishilgan [8]. Yuqorida keltirilgan mikro gidroturbinalarning tahlilidan ko‘rinadiki, past bosimli suv manbalarida samarali ishlovchi gidroturbinalarni yaratish dolzarb masalani tashkil etadi. Shu bois, endilikda yangi yaratilgan soploli reaktiv gidroturbina tahlil etilib, uni takomillashtirilishi borasida fikr yuritamiz. Quyida soploli reaktiv gidroturbinaning umumiy sxemasi keltirilgan (1-rasm). Bosim hosil qiluvchi suv omboridan suv oqimi (1) ta’minot quvuri orqali (5) yo‘naltiruvchi konstruksiyaning ta’minot silindriga o‘tadi. So‘ng ta’minot silindri pastki qismidagi maxsus darchalardan chiqib, (6) yo‘naltiruvchi kurakchalar ta’sirida tekis burilib, (8) ishchi g‘ildirak silindriga mahkamlangan soploning (12) kirish qismiga yo‘naladi. Soploning kirishidagi ichki devoriga urilib, ichki devorlarga aktiv kuch bilan ta’sir etib qaytgan suv oqimi soploning uchki qismida joylashgan (13) diffuzorli chiqish kanaliga tomon harakatlanadi. Suv oqimi soplodan dasta holatda katta tezlikda chiqadi va chiqish momentida soploga o‘z yo‘nalishiga teskari yo‘nalishda ta’sir etuvchi kuch impulsi bilan ta’sir etadi. Bu kuch impulsi soploga nisbatan reaktiv kuchni yuzaga keltiradi va gidroturbina ishchi g‘ildiragi suvning chiqish yo‘nalishiga teskari yo‘nalishda aylanma harakatda bo‘ladi. Soplodan chiqqan suv dastasi (14) statorga vertikal holatda o‘rnatilgan (15) kurakchalar yuzasiga perpendikulyar uriladi va vertikal pastga tushadi, so‘ng (16) tashqi diffuzor orqali suvning chiqib ketish kanalidan chiqib ketadi. Ishchi g‘ildirakning aylanma harakati undagi valga mahkamlan­- gan shkiv orqali generatorga uzatiladi [9].

PRINT ISSN 3060-4672 O‘ZBEKGIDROENERGETIKA

VOLUME 6 | ISSUE 4 | 2024 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER

Gidroturbinada suvni harakatlanishi bir necha bosqichlardan iborat bo‘ladi. Аhamiyatli kesimlardagi suv oqimining o‘rtacha tezligini nazariy aniqlash uchun Bernulli tenglamasi tuzilib, uzluksizlik shartlarini eʼtiborga olgan holda yechish orqali mos ravishda quyidagi natijalar olindi: Gidroturbinada suvni kirishida suyuqlik qovushqoqligi va quvurga kirish joyi qarshiligi evaziga energiya yo‘qotilishi va rezervuardan chiqish tezligining kamayishi kuzatiladi. Shuningdek, suv oqimi ko‘ndalang kesim yuzasining kichiklashuvi ro‘y beradi. U holda gidroturbinaga suvni kirishdagi ʋ1 o‘rtacha tezlikni hisoblashda suv kirish joyida yo‘qotiladigan energiyani e’tiborga olib φ tuzatma kiritishimiz kerak:

1-rasm. Soploli reaktiv gidroturbinaning umumiy sxemasi [9]: 1 - suv kirish joyi; 2 - val; 3 - podshipnik; 4 - salnik; 5 - yo‘naltiruvchi konstruksiyaning ta’minot silindri; 6 - yo‘naltiruvchi konstruksiya kuraklari; 7 - yo‘naltiruvchi konstruksiyani ta’minot quvuriga qotirish joyi va boltlari; 8 - gidroturbina ishchi g‘ildiragi silindri; 9 - kauchukli salnik; 10 - ishchi g‘ildiragi silindrini valga biriktiruvchi silindrli asos; 11 - to‘g‘onga qotiriluvchi podshipnikli asos; 12 - soploning suv kirish kanali; 13 - soploning suv chiqish kanali; 14 - stator; 15 - statorning suv qaytaruvchi qanotlari; 16 - tashqi diffuzor.

Gidroturbina yo‘naltiruvchi kuraklariga kirish oldidagi suv oqimining o‘r­ tacha tezligi impulsning o‘zgarish qonunidan foydalanib aniqlandi:

O‘ZBEKGIDROENERGETIKA PRINT ISSN 3060-4672 52 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER VOLUME 6 | ISSUE 4 | 2024

d 2  d 2   υ 2 = υ12  12  12 − 1 + 1  d 2  d 2   (2)

bu yerda d1 va d2 – mos holda gidroturbinaga suv kirish quvurining diametri va yo‘naltiruvchi konstruksiya ta’minot quvurining diametri. Gidroturbina soplosiga kirishdagi suv oqimining o‘rtacha tezligi Jukoviskiy­ ning aerodinamika nazariyasi bo‘yicha hisoblandi: Bir dona panjara profilidagi sirkulyasiyasi:

− iα 2 Panjaradan o‘tgandan keyin suvning kompleks tezligi ζ=+ԑ da υ3e bo‘lsin, u holda: k 2 − k0 k −k ε −e cos iA −i 2 ik 2 ε +e  ik 2 A υ3e −iα − υ 2 e −iα = − 2 1 e 2  ik 0 −  = 4i eik 0 ε 2 22ik ik 0  A0 ε +e ε −e  A0 ε −e 0 (4) va quyidagini olamiz:

Γ i (α 2 − β ) υ3 = e + υ 2 e i (α 2 −α1 ) τ (5)

πd 2 πlυ 2 sin α 1 lυ 2 sin α 1 τ= Ã= = k , πd 2 d2 Natijada suvning soploga kirishdagi tezligi uchun quyidagi tenglamani aniqlaymiz:

 kl sin α 1  υ 3 = υ 2  + cos(α 2 − α 1 )  2-rasm. Soploli reaktiv gidroturbina  d2  (6) ishchi g‘ildiragi gorizontal kesimining Gidroturbina soplosidan suv­ yuqoridan ko‘rinishi. ning chiqishdagi o‘rtacha tezligi:

Bu yerda, S3 va S6 – mos holda suvning soploga kirishdagi va undan chiqishdagi ko‘ndalang kesim yuzalari; – suvning konfuzor siqilishidagi energiya yo‘qotilish koeffisiyenti; – suvning burilishidagi energiya yo‘qotilish koeffisiyenti.

PRINT ISSN 3060-4672 O‘ZBEKGIDROENERGETIKA

VOLUME 6 | ISSUE 4 | 2024 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER

2-rasmda ishchi g‘ildirak soplosiga υ3 tezlikda kirgan suv bo‘lagi A nuqta bilan ta’sirlashib, soplodan υ4 absolyut tezlik bilan chiqishi tasvirlangan. r0 radiusli vertikal quvurdagi suv, markazdan radius bo‘ylab tarqalib, 1-yo‘naltiruvchi kurakchalar orqali 3-soploga yo‘naltiriladi va konus hosil qilish burchagi 300-350 bo‘lgan konussimon konfuzor orqali soploning chiqish qismi tomon yo‘naladi. Ishchi g‘ildirak soplosidan hosil bo‘luvchi F reaktiv kuch undagi kiruvchi va chiquvchi suvning impulslari farqi orqali hisoblanib, buning yordamida ishchi g‘ildirakni aylantiruvchi kuch momenti va siklik chastotasi aniqlandi.

 S3  S3  1  F = ρS 3υ 32  cos β +  − 1 + 1 − (ξ SK + ξ 90 );   S6  S6  2    (8)

 S3  S3  1  r c ρS 3υ 32  cos β + FNrc = N  − 1 + 1 − (ξ SK + ξ 90 )   S6  S6  2  M=   (9)

 S3  S3  1  S 3υ32  cos β +  − 1 + 1 − (ξ SK + ξ 90 )  + πrc2υ 42  S6  S6  2  ωz =   πrc υ 4 3 (10) Gidroturbina ishchi g‘ildiragida hosil bo‘ladigan to‘la quvvat:

(11) Gidroturbina FIK esa, mikro GES gidroturbinasining ishchi g‘ildiragida hosil bo‘ladigan to‘la quvvatni gidroturbinadan birlik vaqtda oqib o‘tuvchi suvning energiyasiga nisbati orqali hisoblandi:

(12) Gidroturbinaning energetik parametrlarini yuqorida ko‘rib o‘tilgan analitik tahlili asosida nazariy hisoblash orqali suv sarfi Q=200 l/s bo‘lgan holat uchun gidroturbina energetik parametrlarining suv bosimiga bog‘liqligi aniqlandi. Quyidagi 3-jadvalda suv sarfi Q=200 l/s bo‘lganda, suv sathiga bog‘liq holda gidroturbina energetik parametrlarining o‘zgarishi keltirilgan.

3-jadval. Suv sarfi Q=200 l/s bo‘lganda suv sathiga bog‘liq holda gidroturbina energetik parametrlarining o‘zgarishi.

ʋ3, m/ ʋ4, m/ № H, m PS, kVt PG, kVt ω, ayl/sek M, N·m ηG, % sek sek 1. 1,5 2943 2270 23 99 3,8 5,9 77,1 2. 2 3924 3285 28 118 4,5 6,9 83,7 3. 2,5 4905 4210 33 128 5,0 7,8 85,8

O‘ZBEKGIDROENERGETIKA PRINT ISSN 3060-4672 54 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER VOLUME 6 | ISSUE 4 | 2024

4. 3 5886 5147 38 136 5,5 8,5 87,4 5. 3,5 6867 6094 42 144 6,0 9,2 88,7 6. 4 7848 7050 47 151 6,4 9,9 89,8 7. 4,5 8829 8016 51 157 6,8 10,5 90,8 8. 5 9810 8990 55 163 7,2 11,1 91,6 9. 5,5 10791 9971 59 169 7,5 11,6 92,4 10. 6 15696 14976 78 193 9,1 14,0 95,4

Xulosa qilib aytish mumkinki, Andijon viloyati misolida mavjud suv manbalaridagi yalpi gidroenergetik salohiyatning 0,1% idan foydalanish amalga oshirilsa, viloyat miqyosida 104,4 GVt/yil elektr energiya ishlab chiqarish imkoni yaratiladi. Ushbu suv manbalarida past bosimini hosil qilib, soploli gidroturbinadan foydalanish yuqori samara beradi.