Силовые характеристики радиального НА

Конструкции направляю­щих аппаратов современных вертикальных гидротурбин нормализованы. В основу нормализации поло­жена унифицированная сило­вая схема (рис. 10.3), при ко­торой для управления лопат­ками требуются минимальные размеры сервомоторов направ­ляющего аппарата. Выбор размеров механизма поворо­та проводят в соответствии с нормалями в зависимости от диаметра турбины (табл. 10.1). Работоспособность и надеж­ность принятой конструкции должна быть обоснована рас­четами и специальными ис­следованиями.

Чтобы установить основ­ные размеры сервомоторов, необходимо располагать сило­выми характеристиками направляющего аппарата, которые определяют при помощи специаль­ных исследований моделей гидротурбин. Данные таких испытаний используют также для расчета на прочность лопатки и механизма поворота направляющего аппарата.

Рисунок 10.3. Нормализованный механизм поворота лопаток направляющего аппарата.

Таблица 10.1. Основные размеры механизма поворота нормализованного направляющего аппарата в зависимости от диаметров гидротурбин.

При повороте лопаток сервомоторы должны соз­дать тяговый момент достаточный для преодоления гидравлического момента, действующего на все лопатки, и моментов трения в цап­фах лопаток, в шарнирах серег и в опорах регулирующего кольца. Кроме того, сервомоторы должны обеспечить дополнительный натяг всех звеньев привода направляющих лопаток, в том числе достаточ­ное уплотнение в местах со­прикосновения двух соседних лопаток в их закрытом поло­жении.,

Рисунок 10.4. К определению сил и гидравлического момента, действующих на лопатку направляющего аппарата.

На лопатки направляющего аппарата действуют (рис. 10.4):

· давление воды Р = ρgН;

· усилие со стороны серьги через рычаг М_Р = Р_Р∙l_Р;

· реакции и моменты трения в подшип­никах.

Давление воды Р создает – гидравлическое поперечное усилие Р_Г, гидрав­лическое осевое усилие N и гидравлический момент относительно оси ло­патки М_Г.

Гидравлическое усилие N, направленное вдоль оси лопатки, при ма­лых и средних напорах мало влияет на результаты расчета направляю­щих аппаратов, однако при высоких напорах, превышающих Н = 100 м, влияние N становится существенным.

Усилие Р_Г и момент М_Г называют силовыми характеристиками на­правляющих лопаток. Величина их зависит от конструкции спиральной камеры, от формы профиля лопатки, положения оси поворота лопатки и от открытия направляющего аппарата а₀. При закрытом направляющем аппарате силовые характеристики легко определяются с помощью простых расчетов. При открытом направляющем аппарате для определения сило­вых характеристик пользуются данными экспериментальных исследова­ний.

За положительный гидравлический момент М_Г принимается момент, действующий на «закрытие» направляющего аппарата, за отрицатель­ный — на «открытие».

Закрытое положение направляющего аппарата.

В закрытом положении на лопатку НА действует давление Р = ρgН, приложенное со стороны спиральной камеры. При этом силовые характеристики вычисляются по формулам:

(н) (н/м)

В формулах используются следующие величины:

Н – средний напор, действующий на лопатку;

b₀ – высота направляющего аппарата;

L₀ = L₁ + L₂ = π∙D₀ / z₀ – расстояние между точками соприкосновения двух смежных лопаток;

n₀ – относительный эксцентриситет лопатки НА;

(ε – абсолютный эксцентриситет закрытия лопатки, плечо силы Р_Г)

ξ – коэффициент допустимого повышения давления в спиральной камере, при резком закрытии направляющего аппарата. В зависимости от напора:

ξ = (0,5 ÷ 0,7) (0,3 ÷ 0,5) (0,15 ÷ 0,2)

Н = < 40 м 40 ÷ 100 м > 100 м

Открытое положение направляющего аппарата.

При открытом направляющем аппарате, обтекаемым потоком, силы действующие на лопатку, пропорциональны квадрату скорости потока и квадрату линейных размеров. Заменив скорость пропорциональной ей величиной расхода Q и введя коэффициент пропорциональности С_Р и С_М тогда силовые характеристики в этом случае можно определить по формулам:

Безразмерные коэффициенты С_Р и С_М зависят от формы лопаток направляющего аппарата, спирали и открытия а₀ (рис.

Рисунок 10.5. Кривые изменения коэффициентов С_Р и С_М гидравлических сил и моментов действующих на направляющие лопатки разных профилей при разных открытиях НА.

Рисунок 10.6. Кривые изменения гидравлических сил и моментов действующих на лопатки при разных открытиях НА.

На рисунке 10.6 показана кривая изменения гидравлического момента, действующего на лопатку НА. При закрытом положении направляющего аппарата, когда а₀ = 0, величина гидравлического момента имеет максимальное значение. После открытия НА и начала обтекания лопатки потоком, гидравлический момент уменьшается до 0, а затем он меняет свой знак, действует в другую сторону, вначале возрастая, и в дальнейшем с увеличением открытия он снова приближается к нулевому значению. Характер кривой гидравлического момента одинаков для различных профилей направляющих лопаток, меняются только величины самого момента.

На лопатку действует момент трения в опорахМ_ТР, который всегда направлен в сторону, противоположную направлению вращения лопатки и определяется по формуле:

где: d_a, d_b, d_c - диаметр цапф лопаток в подшипниках a, b, c.;

R_a, R_b, R_a – реакции опор в соответствующих подшипниках;

μ_a, μ_b, μ_c – приведенные коэффициенты трения в соответствующих подшипниках, зависящие от материалов трущихся пар и от условий контакта на опорах, а также от вида смазки;

М_У – момент трения в упорном подшипнике лопатки, воспринимающем продольную гидравлическую силу N. Здесь М_У =0,5∙d_У∙μ∙(G-N).

Особое внимание на величину силы N следует обращать в высоконапорных гидротурбинах, т.к. Н – велик, а вес лопатки G – мал.

Реакции в опорах А, B, C зависят от величины зазора в верхней опоре, поскольку лопатка представляет собой 3-ех опорную балку.

Рассмотрим направляющий аппарат с симметричным профилем, установленный в СК с большим углом охвата.

Дата добавления: 2014-01-05