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:
NГ = ρgQК HТ
Гидравлические потери в турбине ∑hГИДР оцениваются величиной гидравлического КПД – ηГ. Тогда теоретический напор запишем в виде:
НТЕОР = НТУРБ - ∑hГИДР = НТ • ηГ
Расход воды через рабочее колесо турбины без учета потерь на протечки равен:
QК = QТУРБ – qУТЕЧЕК = QТ • ηО
В итоге, выражение для гидравлической мощности турбины принимает вид:
NГ = ρg•QК • HТ • ηГ •ηО
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.
ηГg 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 = πDvUo = πDvroctgά0 = 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 vr0 = 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 = πD2ср vU2 = πD2ср(u2 – vm2ctgβ2)
Подставляя в это уравнение значения: u2 = ω•r = πD2ср • n/ 60 и vm2 = 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•D2СР /F2
Из выражения для определения расхода через турбину Q следует, что на пропускную способность турбины влияют: геометрические размеры проточной части (F2; D2СР; 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.