9.6. Подібність гідротурбін. Формули перерахунку

Гідравлічні умови протікання води через проточну частину турбіни дуже складні і важко піддаються теоретичному аналізу. Тому в гідротурбобудуванні проточна частина будь-якої нової турбіни отримана шляхом теоретичного розрахунку, виконується у вигляді моделі малих розмірів, геометрично подібної натурної, яка і піддається дослідженню. Отримані на ній експериментальні дані. Потім по особливих формулах подібності перераховуються на параметри натурних в будь-яких заданих умовах. При цьому окрім геометричної подібності необхідно також дотримувати кінематичної і динамічної подібності.

Опускаючи виведення формул подібності, приведемо їх остаточний вираз в наступному вигляді:

для зв'язку частот обертання роторів

(9.3)

де —діаметри робочих коліс; Н, Н_м, п,n_м натиск і частота обертання роторів натурної і модельної

(9.4)

турбіни; для зв'язку витрат води натурної турбіни і моделі

(9.5)

Для зручності користування цими формулами і співставлення між собою подібних турбін вони порівнюються з умовною турбіною, що має діаметр робочого колеса 1 м і що працює при натиску 1 м. Параметри такої умовної турбіни називаються приведеними і позначаються n'I, Q'I і N'I.

Замінивши в (9.3) —(9.5) частоту обертання, витрату і потужність моделі приведеними величинами, а також враховуючи, що D_1м=1 м, H_м=1, отримаємо для турбіни наступні формули подібності

(9.6)

(9.7)

(9.8)

звідки приведені величини будуть рівні

(9.9)

(9.10)

(9.11)

Коефіцієнт швидкохідності чисельно рівний частоті обертання турбіни даного типу, яка розвиває потужність в 0,736 кВт, працюючи під натиском в 1 м. Розрахункова формула для його визначення виводиться з формул подібності

(9.12)

де п, Н, N — відповідно частота обертання, об/хв, натиск, м, і потужність, кВт.

Як видно з формули (9.12), n, залежить від потужності, частоти обертання натиску турбіни. Тому для того, поняття швидкохідності зробити таким, що характеризує величиною, її слід встановлювати для певного режиму. Такий режим визначається номінальною потужністю при розрахунковому натиску і нормальній частоті обертання.

Оскільки швидкохідність не залежить від розмірів, вона характеризує цілу серію подібних турбін, які володітимуть в заданих умовах певним значенням n_s.

З формули (9.12) неважко побачити, що необхідно прагнути до збільшення n_s при заданих значеннях потужності і натиску турбіни, оскільки це приводить до збільшення частоти обертання п, а отже, до відповідного зниження габаритів турбіни. Проте ухвалення є, і точка великих значень коефіцієнта п, обмежується появою кавітації.

Мал. 9.11. Головна універсальна характеристика поворотно-лопатевої турбіни.