Гидравлические турбины
Как мы уже говорили гидравлические машины, которые получают энергию от жидкости и передают её рабочему органу называются гидродвигателями (или гидротурбинами). Гидротурбины широко распространены в энергетике. В настоящее время в России около 20% энергии вырабатывается на гидроэлектростанциях.
Для использования гидравлической энергии рек и преобразования её в механическую энергию вращающегося вала генератора на гидростанциях применяются гидротурбины. Их мощность доходит до 650 тысяч кВт.
В зависимости от характера потока, в пределах рабочего колеса, турбины делятся на два класса: реактивные и активные.
Рабочие колёса реактивных турбин осуществляют преобразование всех трёх компонентов энергии жидкости: геометрической, пьезометрической и скоростной.
Реактивные турбины подразделяются на пропеллерные, поворотно-лопастные, радиально-осевые и диагональные.
Пропеллерные турбины по внешнему виду напоминают винт корабля.
Поворотно-лопастные турбины такие же по внешнему виду, но лопасти у них могут поворачиваться.
Радиально-осевые турбины чем то похожи на беличье колесо. Они состоят из верхнего обода, нижнего обода и криволинейных лопаток.
К активным турбинам относятся ковшовые турбины.
Область применения.
Пропеллерные и поворотно-лопастные применяются при напорах до 40-80 м. Эти турбины считаются тихоходными.
Радиально-осевые турбины применяются при напорах от 30 до 500 м. Это довольно быстроходные турбины. У нас в стране почти на всех сравнительно крупных гидроэлектростанциях установлены такие турбины.
Ковшовые турбины средние и крупные применяются при напорах от 300 м и выше. Малые турбины применяются при напорах с 40 м.
Основные параметры гидротурбин.
Напор Нм; Расход через турбину Q м3/с; Число оборотов n; КПД – η.
Более подробно принципы действия гидротурбин, их конструктивные особенности, области применения, рабочие и универсальные характеристики вы рассмотрите самостоятельно. Основным учебником у вас будет И. Н. Смирнов «гидравлические турбины и насосы».
Подведённая к турбине мощность потока в кВт равна
,
где Н – рабочий напор в м;
Q – расход воды через турбину в м3/сек.
Развиваемая турбиной мощность всегда меньше чем подведённая к ней на величину потерь. Потери могут быть объёмные, гидравлические и механические.
,
где η – КПД турбины.
Для современных турбин КПД довольно высокий и составляет 90-97%.
Принципиальные схемы гидроприводов.
1. Принципиальная схема гидропривода поступательного движения с дроссельным регулированием.
Основные параметры гидропривода:
1. Uп – скорость поршня;
2. F – усилие развиваемое гидроцилиндром.
Принцип работы:
Рабочая жидкость подаётся насосом 2 из гидробака 1 по линии нагнетания 3 через гидродроссель 4 и распределительное устройство 5 в левую полость гидроцилиндра 6. Из противоположной (штоковой) полости гидроцилиндра жидкость через распределительное устройство 5 поступает в линию слива 7. При изменении скорости перемещения поршня, часть жидкости от насоса сбрасывается через переливной клапан 8 в приёмный резервуар, минуя гидродвигатель.
В силовом цилиндре энергия потока жидкости преобразуется в механическую энергию поршня, совершающего перемещения.
Основными параметрами у гидропередач поступательного движения является:
Скорость перемещения силового цилиндра Uп;
Усилие развиваемое гидроцилиндром F.
2. Принципиальная схема гидропривода вращательного движения с объёмным регулированием. (стр. 12)
Принцип работы:
Насос 1 с регулируемой подачей соединён трубопроводами 2 и 3 с гидромотором 4. Рабочая жидкость подаётся в гидромотор и из гидромотора возвращается в насос. Для восполнения утечек жидкости имеется подкачивающий насос 5, подающий жидкость во всасывающий трубопровод гидропривода через обратный клапан 6 под давлением, настраиваемым клапаном 7.
В гидродвигателе ротационного типа (гидроматоре) энергия потока жидкости преобразуется в механическую энергию вращающегося ротора.
Основными параметрами у гидропередач вращательного движения является:
1. М – крутящий момент;
2. n – скорость вращения ротора.
Таким образом, видно, что гидропередачи служат не только для передачи, но и для преобразования энергии, а в случае необходимости и для изменения выходных параметров.
Скорость движения поршня гидроцилиндра или скорость вращения вала гидромотора регулируется двумя методами:
Объёмным регулированием;
Дроссельным.
Объёмное или машинное регулирование основано на применении объёмного насоса с регулируемой подачей жидкости в гидродвигатель (изменением производительности насоса или двигателя).
Дроссельное регулирование основано на установке в гидросистеме регулируемого сопротивления (дросселя). В этом случае часть жидкости от насоса сбрасывается через переливной клапан, в приёмный резервуар, минуя гидродвигатель. В результате этого уменьшается расход жидкости, поступающий в гидродвигатель. При изменении площади проходного отверстия дросселя изменяется скорость перемещения или вращения исполнительного органа гидропривода.
При дроссельном регулировании возможно три способа установки дросселя:
1. на входе;
2. на выходе;
3. параллельно двигателю.
Дроссельное и объёмное регулирование гидроприводов может осуществляться вручную и автоматически. Современные гидравлические системы работают бόльшей частью в автоматическом режиме. Проектирование и расчёт таких систем является сложной комплексной задачей, правильное решение которой зависит от многих факторов.
При проектировании насосов их рабочие органы рассчитывают для определённого режима работы характеризуемого конкретным напором, подачей и частотой вращения. Такой режим работы называется расчётным режимом. Однако при эксплуатации насосы могут работать на режимах отличных от расчётного. Например, прикрывая задвижку на напорном трубопроводе, можно уменьшить подачу насоса. При этом обязательно изменятся напор и КПД.