7.10 Комплексная рабочая характеристика турбины турбобура

Характеристика турбин турбобура графически может быть представлена линиями вращающего момента, эффективной мощности, перепада давления и КПД в зависимости от числа оборотов вала турбин при постоянном расходе жидкости.

При испытании на стенде зависимости перепада давления и момента от числа оборотов получаются непосредственным замером показаний приборов давления, установленных на входе и выходе из турбин, замером силы оборотов по тахометру, расхода жидкости по расходомеру (подача насоса), момент замеряется с помощью устройств, обеспечивающих передачу усилия на весы. Например, на валу турбин устанавливается тормоз с рычагом, оказывающим давление на площадку весов.

Зависимости эффективной мощности и КПД от числа оборотов получаются в результате расчетов.

Стендовая характеристика турбин показана на рисунке 7.22.

Рисунок 7.22

Наиболее важными при работе турбин являются следующие режимы: режим тормозной, соответствующий остановке турбины (п=0) при больших нагрузках на валу (М=М_тах); режим работы турбины при п = п_ЭКСТР , когда мощность турбины достигает максимального значения , называют экстремальным; режим работы турбины приКПД - оптимальный. Оптимальный режим располагается междуэкстремальным и безударным, но для турбин нормальной циркуляции = 1 все три режима совпадают . Снижение нагрузки навалу турбин ведет к увеличению числа оборотов и, когда нагрузка полностью отсутствует, наступает режим холостого хода ( ).

7.11 Подобие гидравлических турбин

Для обобщения и анализа исследований индивидуальных характеристик (рисунок 7.23) модельных образцов турбин турбобуров заданных размеров (D_M , _M и т.д.), испытанных в определенных условиях, т.е. при определенном расходе жидкости Q_M и ее физических свойствах,при создании новых турбин пользуются общей теорией подобия, которая предполагает:

1. геометрическое подобие - пропорциональность линейных размеров, шероховатостей модели и натуры и равенство сходственных углов входных и выходных элементов лопаток;

2. кинематическое подобие, т.е. подобие полей скоростей (полигонов) в сходственных точках модели и натуры;

3. динамическое подобие, т.е. пропорциональность сил, действующих на сходственные элементы модели и натуры.

Первое условие обеспечивается одинаковым масштабом линейного моделирования и равенством конструктивных углов:

Кинематическое подобие предусматривает соотношения скоростей:

Поскольку основными силами, действующими в потоке жидкости, являются силы вязкости и инерции, условие динамического подобия соответствует равенству чисел Рейнольдса: .

В большинстве случаев турбины работают в условиях автомодельности, когда определяющим фактором является не число R_e, а шероховатость, т.е. для подобия достаточно двух первых условиях.

Чтобы определить показатели работы турбин данной серии (К_е = const) при различных расходах и физических свойствах жидкости,необходимо составить следующие соотношения.

Так, числа оборотов вращения вала двух турбин одной серии равны:

Зная, что осевая скорость С_z турбины равна , получим

, но ,

вращающие моменты:

мощности турбины:

перепад давления в турбинах:

Если турбины турбобура работают на одной и той же жидкости (р = const), то при изменении подачи насоса на основании общих формул подобия можно определить все показатели работы:

При испытаниях турбин моделирование не применяется, но, при пересчете характеристик односерийных турбобуров различных диаметров формулы подобия необходимы.