Никитин О.Ф. Гидравлика и гидропневмопривод DJVU (948287), страница 61
Текст из файла (страница 61)
9.2. Лопастные гндротурбины Принципиальные схемьс ироивочной части гидротурбин. Лопастные гидравлические двигатели, в которых механическая энергия потока жидкости, воздействуя на лопасти рабочего колеса, преобразуется в механическую энергию вращающегося твердого тела, называют гидравлическими турбинами (или гидротурбинами). Современные гидротурбины классифицируют: по способу воздействия потока жидкости на лопастную систему — активные (свободно-струйные) н реактивные (напорно-струйные); по направлению движения потока жидкости в рабочей полости; по особенностям конструктивного исполнения. Активный способ воздействия потока жидкости на лопастную систему гидротурбины заключается в том, что поток жидкости, состоящий нз одной или нескольких свободных струй, формируемых специальными устройствами — соплами, воздействует на лопасти рабочего колеса последовательно с определенной цикличностью.
При этом под нагрузкой от потока жидкости находится только та часть лопастей, на которые направлены струи потока жидкости. Остальные лопасти в данный момент с жидкостью не контактируют и подвергаются воздействию потока. Такие гидротурбнны называют активными. 340 Гсь 9. Лонастные насосы и турбины.
Гидродинамические нередачи При реактивном способе все лопасти рабочего колеса работают одновременно, воспринимая воздействие потока жидкости. Такие гидротурбины называют реактивныни. У реактивных турбин давление перед рабочим колесом больше, чем за пим, т. е. используется и потенциальная, и кинетическая составляющие механической энергии потока жидкости. Жидкость в реактивных турбинах целиком заполняет пространство между лопастями рабочего колеса и не имеет свободной поверхности. Реактивные турбины по направлению движения жидкости в рабочей полости подразделяют: на диагональные — поток жидкости направлен под некоторым углом к оси вращения рабочего колеса; на осевые — поток жидкости направлен вдоль оси вращения рабочего колеса; на радиально-осевые -- поток жидкости вначале направлен перпендикулярно оси вращения рабочего колеса, а затем параллельно ей.
Активная гидротурбина (гидротурбина Пелтона, рис. 9.11) состоит из рабочего колеса 1 с лопастями 2 ковшового типа, направляющего аппарата 3, в который входит подводящее устройство — сопло с регулирующей иглой и отклоняющим или отсекающим струю дефлектором. Агрегат активной гидротурбины включает в себя два основных элемента: сопло и диск с ковшами. Рабочая жидкость (вода) по напорному трубопроводу подводится к соплу и выходит из него с Т большой скоростью в виде свободной струи. Струя натекает на ковши рабочего Рис ~ 11 ПР""""пиаль ная схема активной гндколеса, взаимодеиствуя с поверхностью ротурбины Полтона ковшей,и приводит колесо во вращение.
Мощность гидротурбин ы определяется скоростью и расходом вытекающей из сопла воды и регулируется с помощью иглы, установленной и перемещающейся вдоль оси сопла иглы. В активной гидротурбине потенциальная составляющая механической энергии потока жидкости в неподвижных сопловых устройствах преобразуется в кинетическую составляющую мехапиче- 341 Ч. П. Гидронлевмооривод ской энергии потока жидкости, которая воздействует на лопатки рабочего колеса.
У активных гидротурбин давление перед колесом и за ним имеет одинаковые значения и, как правило, равно давлению окружающей среды, т. е. поток обладает только кинетической составляющей механической энергии потока жидкости, и эта энергия используется. Все активные гидротурбины работают эффективно только при высоких значениях напора (О = 400...1700 м), поэтому и не нашли широкого распространения. Диагональная гидротурбина (гидротурбина Квятковского, рис.
9.12) состоит из рабочего колеса 4 ! 2 3 4 5 6 с лопастями 5, механизм поворота которых расположен в ступице (вал 3); спиральной камеры 1 подвода; направляющего аппарата 2 и трубы отвода б. Направляющий аппарат реактивных гидротурбин представляет собой систему поворотных лопаток и используется для управления рабочим процессом. В диагональных гидротурРис.
9.12. Принципиальная бинах этот аппаРат вместе с повоРот- схема диагональной гидро- ными лопастями рабочего колеса обратурбины Квятковского зует двойную систему регулирования. Благодаря этому диагональные гидро- турбины получили широкое распроу странен не. Диагональные гидротурбины эффективны при значениях напора О =- = 40...200 м. Осеван гидротурбина (рис. 9.13) состоит из тех же элементов, что и диагональная.
Главное различие заключаРис. 9.13. Принципиальная и, ', н, б, ется в фоРме Рабочего колеса и Рабочей камеры. Она имеет цилиндрическую камеру 1 и рабочее колесо 4 с перпендикулярными к оси вращения колеса осями лопастей 5. Очень часто применяют колеса с поворотными лопастями. Рабочее колесо в этом случае напоминает гребной винт водного корабля. 342 Гн. 9. Лопастные насосы и турбины. Гидродиноиичесние передачи Осевые гидротурбины эффективны при низких значениях напора (Н = 1...70 м) и выпускаются в поворотно-лопастном и пропеллерном исполнениях. Малые осевые гидротурбины делают пропеллерными.
Радиально-осевая гидротурбина (рис. 9.14) отличаегся от диагональной и осевой гидротурбин конструкцией рабочего колеса. Агрегат радиально-оссвой турбины состоит из турбинной камеры 1, направляющего аппарата 2 и 4 и турбины 3. Турбинная камера, выполненная в виде спиральной камеры, обеспечивает формирование осесиметричного потока на входе в направляющий аппарат, который представляет собой систему лопаток 5, установленных под определенным углом к радиусу ее расположения, Таким образом, турбинная камера и направляющий аппарат придают потоку жидкости окружную составляющую скорости.
Кроме того, направляющий аппарат является органом, с помощью которого регулируется мощность турбины, так как лопатки направляю- рис. 9д4. Принципиальная щего аппарата, поворачиваясь вокруг схема радиально-осевой гндсвоей оси на определенный угол, из- ротурбяны меняют направление потока, т.
е. меридиональную скорость потока, расход жидкости и мощность турбины. Поворот лопаток осуществляют специальным механизмом. Пройдя направляющий аппарат, жидкость поступает на рабочее колесо, снабженное лопастями, и приводит его во вращение. В колесе радиально-осевой гидротурбины поток жидкости сначала приближается к оси колеса, а затем, поворачивая, движется в осевом направлении. Назначение рабочего колеса — отобрать энергию от потока рабочей жидкости и передать ее с помощью вала потребителю. От рабочего колсса жидкость отводится по отсасываюшей трубе б диффузорной формы. Назначение отсасывающей трубы (отвода): наиболее полное использование кинетической составляющей механической энергии потока жидкости вследствие уменьшения скорости жидкости на выходе трубы; 343 Ч.!!.
Гидрооневиоиривод наиболее полное использование напора Н,, определяемого расстоянием между рабочим колесом и уровнем жидкости (воды) за турбиной (нижним бьефом гидростанции). Создающийся за колесом вакуум увеличивает перепад давления на колесе и, следовательно, мощность турбины. Для выравнивания давления на обеих сторонах колеса выполнен ряд разгрузочных каналов и уплотнений, не показанных на рис. 9.4. Универсальная характеристика.
Работа турбины характеризуется расходом, рабочим напором и мощностью. Согласно теореме о моменте количества движения, момент сил, с которыми рабочее колесо действует на жидкость, определяется выражением Мнакр = Р0к1,Ргигкг — Ки1гг1 ). Момент Мк, с которым жидкость действует на рабочее колесо,. равен и противоположен моменту М„„.р, с которым рабочее колесо действует на жидкость: Мк Мка~р Р0к (11щ14 кгпгккг ) где индексы 1 и 2 использованы для обозначения скоростей на входе в рабочее колесо и выходе из колеса. Отсюда полезная мощность = Мког = Р0к (6 щНг — Ргог!!г ). Бели каждая единица массы жидкости передает рабочему колесу энергию, равную Н„„, то полезная мощность Н„.„— рд0„Н,„,. Тогда полезный напор Н„, = (~'илЬ'1 — УгцгФг ) Рабочий (полезный) напор гидротурбины — величина, показывающая, какая энергия потока рабочей жидкости при прохождении через рабочую полость (от входа до выхода из нее) преобразуется в механическую энергию рабочего колеса.
Так, для гидротурбины динамического гидропривода раздельного исполнения рабочий напор гидротурбииы равен напору, развиваемому насосной станцией, за вычетом потерь на преодоление сопротивлений трубопроводов и потерь на трение и вихреобразование в рабочей полости самой гидротурбины. 344 1л, 9. Лопастные нососы и турбины. 1 идродиналш ческие передачи Полезной мощностью гилротурбины называют мощность, отдаваемую турбиной нагрузке (приводимой ею машине). КПД гидротурбины т1 представляет собой отношение мощности на ее валу к подведенной к рабочему колесу мощности потока. При этом, как и в лопастном насосе, учитываются гидравлические, объемные и механические потери в гидротурбине, которые могут быть выражены долями рабочего напора гидротурбины Н =.
Н„„, /т1, т. е. т)сх =1 1пвод + их ч 4нв ~ 1твых +)твб ч 1тнвх)/Н где йв„в — потери напора в подводящем канале; и„— потери напора в колесе; йт, — потери напора в отводящем канале; й,„, — потери напора на выходе (скоростной напор выхода); йве — объемные потери; й„,„- механические потери (трение в подшипниках). В настоящее время расчетным путем можно определить параметры, характеризующие работу гндротурбины только для оптимального режима. По результатам испытания модели гидротурбины получают универсальную характеристику (рнс. 9.15).
На ней в координатах приведенных чисел оборотов (п~) и приведенных расходов ф~') наносят линии равных КПД 1т)в5 <т1 т <т1рз <т1вт <т1в~) и ОтКРЫтИй НаПРаВЛЯЮЩЕГО аППаРата (аы < аю < Овэ < а Т ). ОтКРЫтн- ем направляющего аппарата а„называют ширину прохода между соседними лопатками направляющего аппарата на выходе нз него (см. рис, 9.14, 9.15). На универсальной характеристике радиально-осевой гидротурбины наносят линию 5в4-ного запаса мощности, которая показываст, что при увеличении ширины прохода между соседними лопатками направляющего аппарата мощность турбины увеличивается лишь до определенного значения а„,. По мере дальнейшего открытия направляютцего аппарата мощность гидротурбнны падает из-за больших гидравлических потерь.
Линию 5'~о-ного запаса строят лля таких режимов работы, при которых мощность гидротурбины пе может быть на 5 5хв меньше максимальной. Режимная точка турбины не должна быть правее этой линии. Для осевых гидротурбин с поворотными лопастями наносят линии равных углов установки лопастей рабочего колеса. 345 Ч.рь Гидропневмопривод Линия 5 %-ного запаса мощности Рис. 9.15. Универсальная характеристика радиально-осевой турбины Гидродиномичеекое подобие гидротурбин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
