Лекция 6.

Регулирование расхода и мощности турбины. Комбинаторная зависимость.

6.1 Параметры регулирования расхода и мощности турбины.

Гидравлическая мощность турбины. Энергия теряемая жидкостью в 1 секунду при прохождении через рабочее колесо турбины, т.е. гидравлическая мощность отбираемая турбиной от протекающей жидкости, составляет:

N_Г = ρgQ_К H_Т

Гидравлические потери в турбине ∑h_ГИДР оцениваются величиной гидравлического КПД – η_Г. Тогда теоретический напор запишем в виде:

Н_ТЕОР = Н_ТУРБ - ∑h_ГИДР = Н_Т • η_Г

Расход воды через рабочее колесо турбины без учета потерь на протечки равен:

Q_К = Q_ТУРБ – q_УТЕЧЕК = Q_Т • η_О

В итоге, выражение для гидравлической мощности турбины принимает вид:

N_Г = ρg•Q_К • H_Т • η_Г •η_О

В радиально-осевых и пропеллерных турбинах расход регулируется поворотом лопаток направляющего аппарата, а в поворотно-лопастных — одновременным поворотом лопаток направляю­щего аппарата и лопастей рабочего колеса.

Установим зависимость расхода воды от параметров направляю­щего аппарата и рабочего колеса.

Основным регулирующим органом является направляющий аппарат, изменением открытия лопаток a₀ кото­рого достигается изменение расхода через турбину Q. Однако, при строгом анализе изменение расхода через турбину, нельзя (как это можно представить из рисунка 6.1), рассматривать вне зави­симости от влияния рабочего колеса и циркуляции, которая на нем создается направляющим аппаратом. При достаточно малой площади живых сечений между лопастями рабочего колеса a'₀ увеличение открытия a₀ и высоты направляющего аппарата b₀ не дает увеличения расхода через турбину, так как лимитирующим становится рабочее колесо.

Рисунок 6.1 Течение жидкости в плоском слое на входе в рабочее колесо.

Воспользуемся уравнением турбины, которое позволяет установить зависимость пропускной способности от геометрических размеров и исследовать возмож­ности регулирования расхода и мощности в реактивных турби­нах.

η_Гg H = (ω/2π) • (Г₁ - Г₂)

Циркуляция на входе в рабочее колесо Г₁ создается направляющим аппаратом, рисунок 6.2, а). Из треугольника скоростей на выходе из НА следует:

Г₀ = πDv_Uo = πDv_roctgά₀ = Г₁

^Vm2

Рисунок 6.2 Связь между циркуляциями Г₁, Г₂ и расходом через турбину:

а) — меридиональная проекция полости гидротурбины;

б) — треуголь­ник скоростей на выходе из направляющего аппарата; в) — то же на выходе из рабочего колеса.

Подставив значение v_r0 = Q / πDb₀ в предыдущие уравнение уравнение, получим:

Г₁ =

Циркуляцию Г₂ на выходе из рабочего колеса в первом прибли­жении можно определять для средней по расходу поверхности тока 0 – 1 – 2 (рисунок 6.2, а)):

Г₂ = πD_2ср v_U2 = πD_2ср(u₂ – v_m2ctgβ₂)

Подставляя в это уравнение значения: u₂ = ω•r = πD_2ср • n/ 60 и v_m2 = Q / F₂ , где F₂ - площадь потока на выходе из рабочего колеса, получаем зависимость между циркуляцией Г₂, геометрическими пара­метрами рабочего колеса и расходом:

Г₂ =

Подставив значения Г₁ и Г₂ в исходное уравнение и выпол­нив преобразования, получаем выражение для определения расхода через гидротурбину:

Q = (6.1)

Где: А = ; В = 1/b₀ ; С = π•D_2СР /F₂

Из выражения для определения расхода через турбину Q следует, что на пропускную способность турбины влияют: геометрические размеры проточной части (F₂; D_2СР; b₀), форма потока в проточной части (углы потока (струйные) на выходе из направляющего аппарата ά₀ и на выходе из рабочего колеса γ₂ = 180° - β₂), напор Н и частота вращения n турбины.

Таким образом, исходя из выше приведенных зависимостей, имеется три параметра: ά₀; b₀ и γ₂ три возможности регулирования расхода.