Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Характеристики быстроходности рабочих колес гидротурбин.

Для сравнения гидротурбин по оборотам и размерам при данной мощности пользуются специальным критерием подо­бия — коэффициентом быстроходности n_S, достаточно полно выра­жающим это понятие. За коэффициент быстроходности данной турбины принимают число оборотов такой подобной модельной турбины, которая работает при напоре Н = 1 м и развивает мощность N = 1 л. с.

Понятие быстроходности является очень старым в моделиро­вании гидротурбин и возникло в XIX веке, когда за обще­признанную единицу мощности принималась лошадиная сила. Получив всеобщее применение, это понятие сохранилось до на­ших дней.

Выражение для коэффициента быстроходности может быть получено из формул подобия и обычно применяется в прибли­женном выражении, т. е. в предположении равенства всех потерь и внешних условий в модели и натуре. Из формулы подобия для оборотов:

n_S = n =

где Н₂ =1 м; D₁/D₂ = х – масштабный коэффициент; Н=Н₁. Но так как из формулы подобия для мощности N₁ = N_{2 ,} при этих значениях и N₂ = 1 л.с., N = x²·H·√H, то масштабный коэффициент равен: х = , и подставляя все в n_S, получим окончательно:

n_S = n , где N в л.с.

Коэффициент быстроходности можно выразить и в приведен­ных величинах:

n_S =

где размерности: расхода Q^I₁ – м ³/с, диаметра D₁ и напора Н в метрах. В последнее время начинает находить применение выра­жение быстроходности, в котором мощность выражена в кило­ваттах:

n_S =

Коэффициент быстроходности позволяет сравнивать турби­ны не только по их оборотам, но и по их относительным разме­рам. Это следует из выражения для n_S, если его использовать для сравнения турбин при одинаковых напорах:

n_S1 / n_S2 = n₁•x₁ / n₂•x₂ = n₁D₁ / n₂D₂

Отсюда видно, что с увеличением оборотов при одинаковых диаметрах растет коэффициент быстроходности и, наоборот, - при увеличении быстроходности и оборотов диаметры уменьша­ются. На рисунке 7.3 показаны выполненные в одном масштабе размеры условной модели, или эталона быстроходности, для гидротурбин различных систем и типов, хорошо поясняющие уменьшение их габаритов с ростом коэффициента быстроход­ности при заданной мощности

При увеличении оборотов и уменьшении размеров рабочих колес, при заданной мощности уменьшаются размеры всех деталей. Это достигается за счет уменьшения крутящего момента М_КР, что следует из вы­ражения:

N = M_КР•ω = M_КР• (π•n / 30)

Рисунок 7.3. Сравнительные размеры рабочих колес эталона быстроходности, выполненные в одном масштабе

Тенденция повышения быстроходности при сохранении высоких значений к. п. д. определяет основное направление в современном гидротурбостроении, как об этом уже неоднократно упоминалось выше.

Быстроходность, как это видно из полученных выражений, может быть повышена как за счет увеличения пропускной способности, которая здесь выражается приведенным расходом Q′₁, так и за счет повышения оборотности, которая выражается приведенными оборотами n ′₁. Повышается быстроходность и при увеличении к. п. д., но последнее существенного влияния оказать не может, так как выражается единицами и долями процента.

Повышение приведенных оборотов, при условии сохранения высоких к. п. д., как показали многочисленные попытки, весьма ограничено. Это объясняется наличием оптимальных оборотов, отклонение от которых ведет к увеличению потерь и соответственному падению к. п. д.

За последние 60 лет существенное повышение n ′₁ было достигнуто за счет применения новых систем более быстроходных гидротурбин, у которых одновременно с повышением оборотов повышается скорость течения через рабочее колесо, в том числе и ее окружная составляющая v_U. Это позволяет повысить переносную (окружную) скорость u = π·D·n/60. Одновременно при этом увеличиваются приведенные расход и мощность турбины.

Повышение Q′₁ является наиболее целесообразным при повышении быстроходности. Существенное повышение Q′₁ достигнуто в существующих типах радиально-осевых гидротурбин путем изменения очертаний их проточной части, а именно, увеличения b₀ до его целесообразных пределов, ограниченных условиями оптимальной пропускной способности и условиями прочности. Для повышения Q′₁ при сохранении хороших кавитационных качеств гидротурбины имеет большое значение возможное расширение полости рабочего колеса.

Увеличение быстроходности создаст огромный экономический эффект. Так, например, достигнутое в радиально-осевых турбинах, применяемых при напорах около 100 м, повышение Q′₁ от 0,85 до 1,14 м³/с при увеличении n′1 соответственно от 67 до 73 об/мин привело к увеличению n_S от 220 до 370. Это при проектировании гидротурбин для Красноярской ГЭС мощностью 508 МВт позволило принять диаметр рабочего колеса 7,5 м вместо 8,5 м и дало экономию массы гидротурбинного оборудования агрегата, выражающуюся в ~ 400 т металла.

Значения n_S, как это следует из выражений в рамке, зависят от мощности, расхода и напора, иначе говоря, от режимов, при которых работает турбина. В подобных турбинах n_S одинаковы при всех изогональных режимах. Обычно сравнение n_S производят для полной мощности, реже для наибольшего значения к. п. д.