Читайте также:
|
Преобразование энергии жидкости в механическую энергию на валу осуществляется в рабочем колесе за счет взаимодействия потока с лопастями рабочего колеса, представляющего собой вращающуюся решетку профилей.
Гидродинамические свойства потока в рабочем колесе, характеризуемые пропускной способностью турбины – Q, скоростью вращения – n и к. п. д. – η, определяются величиной и направлением скоростей в потоке жидкости. Скорости потока в свою очередь зависят: от формы и размеров элементов проточной части турбины и рабочего напора Н.
При исследовании движения жидкости в рабочем колесе это движение рассматривается как сложное, состоящее из двух движений: относительного и переносного. Относительное движение W жидкости фиксируется «наблюдателем», находящимся на рабочем колесе (движение ж., относительно системы координат прикрепленной к сосуду). Переносное движение U определяет движение самого рабочего колеса и его лопастей по отношению к неподвижным частям турбины.
В турбинах — это всегда вращение. Сумму
относительного и переносного движений называют абсолютным движением V, рисунок 4.4.
Рисунок 4.4 Скорости и траектория движения воды в межлопастном канале рабочего колеса РО турбины.
На рисунке 4.4 представлены следующие обозначения:
О — место ненарушенного (закрученного) потока непосредственно перед входом в каналы рабочего колеса, VO – скорость потока в предлопастном пространстве, на входе в рабочее колесо;
1 — место непосредственно после входа в канал, на входной кромке лопастей рабочего колеса;
2 – место непосредственно перед выходом из канала на выходной кромке лопастей колеса;
Скорость переносного движения U. Скорость точек рабочего колеса при переносном движении (2 – 2') равнаокружной скорости, пропорциональной радиусам точек и угловой скорости:
vU = ωr = 2πnri /60
Окружная скорость направлена по касательной к окружности данного радиуса r (нормальна к радиусам, лежащим в плоскостях нормальных к оси).
Скорость относительного движения W. Направление относительной скорости потока воды (1 – 2) определяется формой лопастей рабочего колеса и меняется по мере прохождения воды через рабочее колесо. Величина относительной скорости зависит от расхода воды проходящей через турбину.
vW = Q/s =Q/πDb
Физический смысл VW. Возьмем около лопастей в сечениях входа и выхода колеса точки 1 и 2. Отложим векторы относительных скоростей W1 и W2. Вода здесь течет вдоль стенок, почему и векторы должны быть здесь направлены вдоль элементов осей каналов, (т.е. по касательным к входной кромке лопасти W1 и выходной кромки лопасти W2).
Следовательно, если размер b каналов вдоль оси колеса (высота колеса) постоянен, то относительные скорости и их векторы обратно пропорциональны ширине каналов (шагу решетки t = 2πr / zлоп).
При этом, скорости угловая ω а следовательно, и окружные u предполагаются заданными.
Абсолютная скорость V. Складывая геометрически по правилу параллелограмма векторы скоростей относительных W и окружных U, получаем векторы абсолютных скоростей V.
V = W + U
Следовательно, векторы скоростей V, U и W образуют треугольник скоростей в соответствующей точке потока.
На рисунке 4.5 построены треугольники скоростей для точки входа 1 и точки выхода 2.
 |
Рисунок 4.5 Треугольник скоростей для входа и выхода.
Определяя значения и направления скоростей, эти векторы определяют и углы между ними.
Углы между векторами абсолютных скоростей V и окружных U обычно обозначаются через ά (ά1 — на входе и ά2 — на выходе). Углы ά можно было бы называть углами абсолютной скорости или струйными, они зависят от работы турбины, в первую очередь от открытия направляющего аппарата.
Углы между векторами относительных скоростей W и окружных U через β (β1 — на входе и β2 — на выходе), дополнительные к ним через γ. Тогда γ = 180 – β. Углы β — углы относительной скорости или лопастные, они зависят от конструкции и формы лопастей. У радиально-осевых и пропеллерных турбин эти углы остаются неизменными при всех режимах работы турбины.
Таким образом, при анализе течения жидкости в рабочем колесе в первом приближении предполагают:
1. Рабочее колесо имеет большое число бесконечно тонких лопастей, вследствие чего путь воды в относительном движении будет иметь форму лопасти АВ или средней струйки 1—2 (рис. 4.4);
2. Все скорости считаются средними в рассматриваемом сечении,
нормальном к общему направлению потока;
3. При расчетном режиме работы турбины имеет место безударный вход воды на лопасти рабочего колеса.
Следует отметить: на рисунке 4.4 показаны траектории абсолютного движения: А-В'—для частицы, вышедшей из точки А и пришедшей в точку В', и 1-2' —для частицы жидкости, вышедшей из точки 1 и пришедшей в точку 2'.
Векторы абсолютных скоростей V1 и V2 касательны к этим траекториям в начале (1) и в конце пути (2').
Векторы относительных скоростей W1 и W2 касательны в начальных и конечных точках траекторий относительного движения А-В или 1-2.
4.1.3.1 Кинематика потока в рабочем колесе осевых реактивных гидротурбин.
У осевых турбин поверхности тока в рабочем колесе близки к цилиндрическим (рисунок 4.6, а), т. е. расчетный диаметр DР можно вычислить как средний по площади:
ДР = 
Рисунок 4.6. Поток в осевой турбине
Развертка цилиндрического сечения рабочего колеса показана на рисунке 4.6, б). Особенность состоит в том, что значение окружной скорости в точках 1 и 2 равны:
vU = v 1U = v 2U = ωr = πDPn / 60
Меридианная составляющая абсолютной скорости v не изменяется от входа до выхода (1 – 2), тогда ее значение равно:
vm = v1m = v2m = 
Скорость на входных (1) и выходных (2) кромках определяется как векторная сумма:
V1 = V1m + V1u
Полученные в результате параллелограммы скоростей показаны на рисунке 4.6, б). Треугольники скоростей на входной и выходной кромках совмещены (показаны пунктиром), поскольку они имеют одинаковые основание u и высоту vm. Справа пунктирными линиями показаны траектории абсолютного движения жидкости в рабочем колесе.
Дата добавления: 2015-04-12; просмотров: 112 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |