Читайте также:
|
Лекция 7.
Основы теории подобия и моделирования. Масштабный эффект в гидротурбинах.
Условия теории подобия.
К гидротурбине, как и ко всякой другой машине, предъявляются следующие основные требования.
1. Обеспечение высокой надежности при длительной ее эксплуатации.
2. Обеспечение высоких энергетических и кавитационных показателей турбины при всевозможных режимах ее работы, характеризуемых значениями к. п. д. и кавитационных коэффициентов.
3. Получение требуемой мощности при данном рабочем напоре
при минимальных размере и весе турбины и вспомогательного
оборудования.
4. Конструкция и компоновка гидротурбинного оборудования
при заданной его принципиальной конструкции должны удовлетворять требованиям удобного размещения этого оборудования в зданиях ГЭС минимальных размеров.
Эти задачи решаются путем проведения гидромеханических и прочностных расчетов деталей и узлов гидротурбинного оборудования, а также путем постановки энергетических, кавитационных и прочностных испытаний моделей в лабораторных условиях. При проектировании новых гидротурбин используются также опытные данные, полученные при испытаниях и эксплуатации аналогичных по конструкции турбин на действующих ГЭС.
В основе моделирования лежат следующие три условия.
1. Условие геометрического подобия. Это условие сводится к подобию конфигураций обтекаемых поверхностей элементов проточной части турбины, т. е. требуется, чтобы все сходные линейные размеры обтекаемых поверхностей турбины и ее модели были пропорциональны и расположены под одинаковыми углами.
Для соблюдения геометрического подобия моделируются обтекаемые поверхности следующих частей турбины: спиральной камеры, статора, направляющего аппарата (по форме его лопаток и величине открытия), рабочего колеса и его камеры и отсасывающей трубы.
Иногда производят моделирование только рабочего колеса, а влияние немоделируемых при этом частей учитывают путем внесения соответствующих поправок в характеристику, полученную при испытаниях.
Турбины разных размеров, но с геометрически подобной конфигурацией обтекаемых поверхностей их проточной части образуют турбинную серию.
2. Условие кинематического подобия. Оно заключается в том, что во всех сходственных точках потока скорости течения пропорциональны между собой, а направление одно именных скоростей одно и то же. Оно сводится к подобию картин течения потоков жидкости внутри проточной части сравниваемых турбин. При этом очевидно, что абсолютные, окружная и относительная скорости соответственно в сходственных точках потока геометрически подобных турбин имеют одинаковое направление и пропорциональны по величине. Иначе говоря, условие кинематического
подобия сводится к подобию треугольников скоростей в соответственных точках потока. Режимы работы турбин, характеризуемые кинематическим подобием, называют изогональными.
3. Условие динамического подобия. Динамическое подобие предполагает равенство отношений одноименных сил, отнесенных к единице объема и действующих на сходственные элементы модели и турбины.
В теории подобия доказывается, что при соблюдении геометрического подобия двух систем для соблюдения механического, т. е. кинематического и динамического подобия необходимо равенство следующих безразмерных величин, называемых критериями механического подобия:
чисел Рейнольдса Re = vl / ν
чисел Фруда Fr = v2 / gl
чисел Струхаля Sh = v / nl
чисел Эйлера Еи = p / ρv2
где: l и n — соответственно линейные размеры и число оборотов;
ρ и ν — плотность и кинематическая вязкость жидкостей;
v и р — скорость и давление в потоке.
На практике при моделировании гидротурбин всегда соблюдается равенство для модели (м) и натуры (т) чисел Струхаля и Эйлера, редко соблюдается равенство чисел Фруда и не соблюдается равенство чисел Рейнольдса. Несоблюдение равенства чисел Рейнольдса объясняется тем, что модель обычно имеет в 10—40 раз меньшие размеры и в 10—100 раз меньшие рабочие напоры по сравнению с натурной турбиной.
Таким образом, число Рейнольдса натурной турбины примерно в 50—100 раз выше Re для ее модели. Однако многочисленные опыты показали, что при Re>105, при котором часто работают модельные и натурные турбины, разница в числах Рейнольдса не оказывает заметного влияния на форму движения потока жидкости. Влияние различия Re и относительной шероховатости на к. п. д. при моделировании гидротурбин учитывают путем внесения поправок в к. п. д. модельной турбины (масштабный коэффициент), пользуясь приближенными эмпирическими формулами.
Равенство чисел Фруда необходимо соблюдать при исследовании потоков со свободными поверхностями, например потоков в ковшовых турбинах или в нижнем и верхнем бьефах гидроэлектростанции.
Дата добавления: 2015-04-12; просмотров: 27 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |