23. Что такое коэффициент осевой скорости турбины турбобура и какие параметры он связывает?

Коэффициент циркуляции — отношение нижнего основания полигона скоростей к верхнему:

(5.5)

Из уравнения Эйлера (5.2) следует, что

Поскольку N=М, то этот коэффициент характеризует соотношение между силовым (М) и скоростным () факторами в безударном режиме.

В зависимости от значения  различают три типа решеток (и соответствующих турбин): нормальные (=1), высокоциркуляционные (>1) и низкоциркуляционные (<1).

По заданным коэффициентам , m_a и  можно вычислить углы наклона лопастей по формулам:

Эти выражения получены из формул (5.1), (5.4) и (5.5), образующих замкнутую систему уравнений для определения четырех углов.

24. Построение плана скоростей турбины турбобура по коэффициентам осевой скорости, активности, циркуляции.

Очертания профилей, отвечающих некоторому сочетанию трех значений , m_a и , можно представить, предварительно построив полигон безразмерных скоростей (рис. 5.5).

Д ля этого от начала вектора u_б, произвольную длину которого примем за единицу, в том же направлении отложим отрезок длиной m_a, а затем перпендикулярный к нему отрезок . Соединив концы вектора u_б с концом отрезка получим треугольник средних скоростей. Отложим в обе стороны от его вершины половину  и соединим концы полученных таким образом отрезков с концами вектора u_б. Теперь все углы наклона лопастей статора и ротора определены графически.

Далее под углами _m и _m нанесем на эскиз решетки хорды профилей. Из концов хорды под углами ₂ и ₁ (для статора) и ₁ и ₂ (для ротора) проведем касательные к концам средних линий профилей, приближенные очертания которых легко восстановить по направлению касательных.

26. Классификация решеток прямоточных турбин

Каждому сочетанию трех коэффициентов , m_a и  соответствует определенный тип решеток и, наоборот, каждый тип решеток характеризуется тремя числами. Поэтому можно представить пространство с координатами , m_a и . Каждой точке такого пространства отвечает определенный тип решетки.

Величина для всех решеток принята равной 0,9.

Каждый столбец таблицы содержит решетки с одинаковым m_a общим треугольником средневекторных скоростей, изображенным вверху столбца.

Сравнивая столбцы между собой, отмечаем следующие изменения свойств турбин при увеличении m_a (слева направо).

1. Соотношение перепадов давления в статоре и роторе увеличивается. Это означает, что в активных турбинах осевая сила давления жидкости на ротор меньше, чем в реактивных.

2. Отношение средневекторных скоростей c_m/w_m характеризующее степень неравномерности гидромеханической нагрузки в венцах турбины, также возрастает.

3. Угол установки лопастей статора уменьшается, а ротора, наоборот, увеличивается (при m_a= 1 хорда профиля вертикальная).

В графах таблицы дана классификация по коэффициенту циркуляции. Общее свойство полигонов скоростей в одной графе - одинаковое отношение их оснований. При одинаковых размерах и скоростях c_z и u_б решетки, представленные в одной графе, развивают в безударном режиме одинаковый крутящий момент и одинаковую мощность независимо от коэффициента активности.

В графе  = 1 расположены нормальные решетки. Полигон скоростей имеет форму параллелограмма, скошенного в ту или другую сторону в зависимости от коэффициента активности. В частном случае при m_a=0,5 полигон прямоугольный. Нормальные симметричные решетки, помещенные в центре таблицы, обладают удобными характеристиками, вследствие своего центрального положения лишены крайностей, свойственных другим типам турбин. Они используются в турбобурах.

В графе < 1 показаны низкоциркуляционные решетки с полигоном скоростей, сужающимся книзу. Нижнюю графу таблицы заполняют плосколопастные решетки ⁴. Их полигон скоростей превратился в треугольник. Скорости в безударном режиме одинаковы на входе и выходе по величине и направлению: c₁=c₂ и w₁=w₂. Такие турбины в безударном режиме не работают, и применять их можно только в ударных режимах. Они использовались на раннем этапе турбобурения благодаря простоте обработки венцов и малой осевой высоте ступени.

Высокоциркуляционные решетки с крутоизогнутыми профилями, помещенные в графе > 1, имеют полигон скоростей, сужающийся кверху.

При рассмотрении таблицы по вертикали видно, что с уменьшением  лопасти становятся более пологими как в роторе, так и в статоре. Это способствует некоторому снижению гидравлических потерь, ибо поворот струи в канале связан с потерями.Вне рассмотренной области сочетаний , m_a и  находится особый случай при любом значении m_a. Турбины с были названы П. П. Шумиловым предельными. Решетка предельной симметричной турбины показана на рис. 5.7:

₁=-₁; ₂=-₂; c₁=w₁=w₂=c₂.

Б езударный режим осуществляется при u_б=0, т.е. при остановке турбины, и в этом смысле предельная турбина является противоположностью плосколопастной. Она может работать только на ударных режимах. Указанный тип турбины реализован в так называемых турбобурах с наклонной линией давления.

27,28,29.