Потери энергии в радиальном НА

Направляющий аппарат гидротурбины. Потери энергии. Силовые характеристики.

Лекция 10.

При выборе основных параметров направляющего аппарата и исследовании влияния формы лопатки на показатели турбин следует, хотя бы приближенно, оценить величину потерь энергии в нем. Основной вид потерь в направляющем аппарате – это профильные потери энергии в круговой решетке радиального аппарата.

Для качественной оценки потерь энергии в направляющем аппарате можно воспользоваться расчетными зависимостями, полученными путем замены круговой решетки прямой решеткой из пластин. На основании,
расчетных исследований прямой решетки из пластин получена приближенная формула для определения относительных потерь энер­гии в направляющем аппарате:

,

где: C_Х — коэффициент сопротивления лопатки;

β_УСТ — угол установки лопатки, определяемый открытием направляющего аппарата;

L / t = 1,1 — густота решетки цилиндрического аппарата.

Из рас­смотрения приведенной зависимости следует, что в направляющем аппарате потери энергии зависят от геометрических соотношений D₀ / D₁ и b₀ / D₁; густоты решетки L / t, формы лопатки С_Х и режима работы турбины (β_УСТ и Q^'_I).

Очевидно, что для уменьшения потерь целесообразно увели­чить значения D₀ / D₁ и b₀ / D₁ и применить лопатки, форма которых со­гласована с потоком, формируемым спиральной камерой.

Зависимость потерь от открытия сложная: при увеличении а₀ растет угол уста­новки лопаток β_УСТ, при этом потери сначала уменьшаются, затем начинают расти (рис. 10.1). Потери энергии имеют минимальную величину при а_{0 ОПТ} и увеличиваются как при закрытии, так и при открытии направляющего аппарата.

Рисунок 10.1. Потери энергии в направляющем аппарате:

а — изменение относительных потерь; б — величина относительных потерь; 1 — быстроходная; 2 — тихоходная турбина.

Потери энергии в направляю­щем аппарате тихоходной турбины в несколько раз больше, чем в быстроходной, что объясняется значительно большими скоростями потока в направляющем аппарате, высота которого в 5÷6 раз меньше по сравнению с направляющим аппаратом быстроходной турбины (для быстроходной турбины b₀ / D₁ < 0,4; для тихоходной b₀ / D₁ < 0,1). Если в быстроходной осевой турбине при открытиях, соответствующих половине номинальной мощности и больших, потери в направляю­щем аппарате составляют доли процента, то в тихоходной радиально-осевой турбине они составляют 3 ÷ 5%. Следовательно, со­вершенствованию направляющих аппаратов высоконапорных радиально-осевых гидро­турбин следует уделить особое внимание.

Для спиральных камер гидротурбин угол потока δ = (25 ÷ 45)^◦ и в связи с этим, решающим фактором влияющим на обтекание лопаток и потери энергии в направляющем аппарате, является диапазон его открытий. Здесь можно проследить следующие зависимости:

1. Осевые быстроходные турбины (Н < 40 м) имеют неполный угол охвата спиральной камеры и работают при больших открытиях. Для обеспечения минимальных потерь в той части направляющего аппарата, которая обтекается потоком из спирального канала камеры, желательно применение лопаток положительной кривизны. В открытой части камеры, где поток близок к радиальному, лопатки отрицательной кривизны имеют меньшие значения С_Х и поэтому применение таких лопаток предпочтительнее.

Но поскольку установка в одном и том же направляющем аппарате лопаток различной формы нецелесообразна, в быстроходных осевых вертикальных тур­бинах применяют симметричные профили, которые по своим гидрав­лическим показателям незначительно уступают асимметричным ло­паткам.

2. Радиально-осевые турбины средней и высокой быстроходности (Н = 45 ÷ 170 м) и высоконапорные осевые турбины (Н = 40 ÷ 80 м) имеют спиральные камеры с углом охвата φ < 345° и рабо­тают при достаточно больших открытиях направляющего аппарата. Размеры спиральных камер таких турбин могут быть ограничен­ными в плане. В этих условиях целесообразно применение лопаток положительной кривизны, имеющих минимальные значения С_Х и уменьшающих закрутку потока перед рабочим колесом.

3. Радиально-осевые тихоходные турбины (Н = 230 ÷ 700 м) ра­ботают при малых открытиях направляющего аппарата. В зависи­мости от параметров спиральной камеры и типа рабочего колеса оп­тимальной может быть асимметричная лопатка положительной или отрицательной кривизны. При обширной спиральной камере и ма­лых открытиях преимущество на стороне лопатки отрицательной кривизны, которая имеет также лучшие силовые характеристики. Направляющий аппарат с лопатками отрицательной кривизны уве­личивает циркуляцию потока перед рабочим колесом до расчетной величины.

Дата добавления: 2014-01-05