Основные конструктивные и гидравлические параметры

Гидравлические и силовые характеристики направляющего ап­парата определяются следующими параметрами (рис. 9.2):

- высотой направляющего аппарата b₀ или ее относительной величиной b₀ / D₁;

- диаметром окружности расположения осей лопаток D₀ или D₀ / D₁;

- числом лопаток z₀;

- длиной хорды профиля лопатки L и густотой решетки

- формой лопаток;

- открытием направляющего a₀

- относительным эксцентриситетом .

Рисунок 9.2. Основные конструктивные пара­метры цилиндрического направляющего аппарата.

Круговая решетка имеет большую густоту (L / t > 1), поэтому можно предположить, что в диапазоне рабочих открытий НА направление потока на выходе из радиального направляющего аппарата не зависит от угла натекания потока на его входе и определяется выходными уг­лами лопаток α_ЛОП.

Для регулирования рас­хода через турбину изменяют положение лопаток. Величина открытия а₀ зависит от угло­вого положения лопаток, размеров НА турбины D₀ и числа лопаток z₀ (рис. 9.2).

В вертикальных гидротурбинах с радиальным направляю­щим аппаратом находят применение нормализованные лопатки (рис. 9.3):

Рисунок 9.3. Применяемые формы лопаток направляющего аппарата:

а – асимметричные лопатки отрицатель­ной кривизны;

б – симметричные лопатки;

в — асимметрические лопатки положите­льной кривизны.

· симметричные;

· асимметричные положительной кривизны (вогну­тость лопатки обращена в сторону оси турбины);

· асимметричные отрицательной кривизны.

Относительное открытие выражают в процентах от его макси­мального значения a_{0 MAX}, когда лопатки находятся в радиальном положении:

Обычно максимальное открытие направляющего аппарата приходится определять при минимальном напоре, чтобы пропустив максимальный расход, обеспечить на турбине требуемую мощность при минимальном напоре. При расчетном и максимальном напорах обычно не требуется полностью открывать направляющий аппарат.

Величина расхода через турбину зависит не только от открытия, но и от формы лопаток. В выражение для определения рас­хода через турбину

входит угол α₀ ( угол потока на выходе из НА) который примерно равен α_ЛОП (рис. 9.3).

При одном и том же от­крытии а₀ и разных формах лопаток угол потока на выходе из на­правляющего аппарата разный: α_ПОТ < α^'_ПОТ < α^''_ПОТ (рис. 9.3).

Наибольший расход через турбину имеет место при установке асим­метричных лопаток положительной кривизны, которые формируют поток перед рабочим колесом с наибольшими радиальными состав­ляющими абсолютной скорости (рис. 9.4).

Параметры направляющего аппарата b₀ / D₁;D₀ / D₁;z₀ нормализованы и выбираются в зависимости от напора и размеров гидротурбины. При увеличении b₀ и D₁ уменьшаются средние скорости и потери в направляющем аппарате, выравнивается поток на входе в рабочее колесо и в результате увеличивается КПД гидротурбины, однако напряжения в лопатках не должны превышать допустимых значений.

Рисунок 9.4. Влияние формы лопатки направляющего аппарата на

расход через турбину.

а) зависимость α_ПОТ = f (а₀); б) зависимость Q^'_I = f (а₀);

1 – профиль отри­цательной кривизны; 2 – симметричный;

3 – положительной кривизны.

Быстроходность турбины также зависит от напора, на который она уста­новлена. С другой стороны, быстроходность турбины определяется ее приведенными величинами. Гидравлические турбины малой и вы­сокой быстроходности существенно отличаются по своей пропускной способности, которая, в частности, определяется высотой направля­ющего аппарата и его открытием.

Минимальные потери энергии в направляющем аппарате и допустимые напряжения в лопатках получают выбором оптимальных значений b₀ / D₁ и . Быстроход­ные турбины имеют большие значения b₀ / D₁ и по сравнению с ти­хоходными (рис. 9.5).

Рисунок 9.5. Зависимости величин b₀ / D₁ и от быстроходности турбин.

Зависимость между пропускной спо­собностью турбины и параметрами на­правляющего аппарата получают, под­ставив в уравнение турбин (для случая Г₂ = 0 или иначе (v_u∙r)₂=0)) значение момента скорости перед рабочим колесом, выра­женное через параметры потока после направляющего аппарата (рис. 9.6). На выходе из направляющего аппарата радиальную и окружную составляющие абсолютной скорости определим по формулам: .

Рисунок 9.6. К определению составляющих абсолютной скорости потока.

Тогда момент скорости после направляющего аппарата будет равен:

Уравнение турбины в данном случае будет представлено как:

, или

После преобразования, получим следующие выражение

Таким образом, пропускная способность турбины и циркуляция Г₁ на входе в рабочее колесо зависят от Н, b₀, tgα_ПОТ, и n^'_I.

Для тихо­ходных турбин принимают b₀ / D₁ = 0,08 ÷ 0,12; номинальная мощ­ность турбины обеспечивается при открытии а₀ = (0,З ÷ 0,5) а_{0 мах}.

Для быстроходных турбин относительная высота направляющего аппарата b₀ / D₁ = 0,3 ÷ 0,5; и расчетное открытие а₀ = (0,7 ÷ 0,8) а_{0 мах}.

Дата добавления: 2014-01-05