§ 4.5. ПЛАНЫ СКОРОСТЕЙ. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТУРБИНЫ.
Для изучения действия потока на турбину проследим за изменением скорости жидкости в лопастной системе. Обозначим проекции скорости с на оси цилиндрической системы координат: cr- радиальную, си - тангенциальную, cz- осевую.
В прямоточной турбине жидкость движется в основном вдоль оси и вокруг нее.
Течение по цилиндрическим поверхностям несколько нарушается в результате перетекания жидкости через радиальные зазоры, порождающие местные радиальные течения: центробежные после венца статора, центростремительные после венца ротора. Но так как объемы перетекающей жидкости сравнительно невелики, то обычно принимают, что cr = 0. Радиальный размер лопастей мал по сравнению со средним радиусом турбины. Поэтому для изучения ее главных свойств можно пренебрегать изменениями в потоке жидкости вдоль радиуса и рассматривать условия только на одной цилиндрической поверхности со средним диаметром D.
Обтекание лопастной системы ротора характеризуется полем относительной скорости w,равной геометрической разности абсолютной скорости с и окружной скорости лопастей на общей цилиндрической поверхности: w = с - и.
Вход в ротор . В густых решетках, применяемых в турбобурах, угол наклона α1 абсолютной скорости с іприблизительно равен углу наклона лопастей статора αι∏. Значение скорости определяется расходом жидкости, прокачиваемой через турбину. Удобно вычислять не скорость сі,а ее осевую составляющую: cz = Q/F,где Q- расход жидкости через турбину, a F - площадь поперечного сечения канала на выходе из статора (F = πDl,см. рис. 4.1).
Относительная скорость натекания жидкости на лопасти ротора равна разности скоростей (рис. 4.5): wj = c1- и.
Направление w1зависит от соотношения скоростей и и с1. При работе турбобура указанное соотношение изменяется.
Соответственно меняется направление относительной скорости w 1,создавая при этом различные р е ж и м ы о б т е к а н и я лопастей ротора.Наиболее благоприятные условия для течения без интенсивных вихреобразований возникают приблизительно при нулевом угле атаки («безударный» вход в ротор). Соответствующие скорости обозначим индексом «б» (W]6, иб).
1Как и в главе 2, полужирным шрифтом обозначено векторное равенство.
Рис. 4.5. Планы скоростей в турбине
Если турбина замедляет вращение (и иб) вихреобразования развиваются на лицевой стороне (зона s’).
В х о д в с т а т о р. В межлопастных каналах ротора направление относительной скорости wизменяется в соответствии с формой каналов. На выходе из венца угол наклона w2приблизительно равен углу наклона лопастей ротора β2Λ,а значение этой скорости определяется расходом жидкости. Абсолютная скорость входа в венец статора следующей ступени C2 = W2 + и.
Вследствие равенства площадей поперечных сечений осевая скорость на входе в статор такая же, как на входе в ротор, и равна с. Поэтому высоты планов скоростей для обоих сечений одинаковые. В рассуждениях об условиях обтекания лопастей статора повторяется сказанное выше о входе в ротор с той разницей, что вместо относительной скорости w1 берется абсолютная с2.
Безударный режим . При безударном входе в межлопастные каналы ротора и статора углы атаки равны нулю. Следовательно,
Треугольники скоростей, построенные при этих условиях на совмещённом чертеже, называемом поигоном скоростей, показаны на рис. 4.5 справа1. Верхним основанием трапеции служит окружная скорость иб, а высотой - осевая скорость cz.
Направления средневекторных скоростей cmи wmприблизительно совпадают с направлением хордпрофилей: αm ≈ αb: βm ≈ βb.Легко видеть, что одновременные безударные входы в ротор статор могут быть только при соблюдении двойного равенства
Следовательно, данной лопастной системе отвечает определённое отношение скоростей u6/ cz.Совокупность гидравлических явлений в рабочей полости турбины при этом отношении скоростей называется безударным режимом работы турбины.
Формула (4.1) позволяет для данной турбины и для данного расхода жидкости определить окружную скорость иб, а затем соответствующую частоту вращения вала
Строго говоря, при этой частоте безударный вход осуществляется лишь на срединной цилиндрической поверхности. Для осуществления безударного режима в других цилиндрических слоях потока необходимо, чтобы и для них соблюдалось равенство (4.1). Следовательно, углы наклона лопастей должны изменяться вдоль радиуса вместе с окружной скоростью, что достигается при их закручивании. Если же лопасти цилиндрические, то при частоте п6 возникают вихревые гидравлические потери из-за несоответствия углов наклона скоростей и углов наклона лопастей.
Равенство (4.1) показывает также, что четыре угла наклона лопастей связаны между собой условием безударного входа в ротор и в статор. Если же углы выбрать произвольно, то при данном расходе жидкости (cz = idem) будут существовать две частоты вращения, одна из которых соответствует безударному входу в ротор, а другая - в статор. Поскольку в обоих случаях возникают вихревые потери (даже на срединной поверхности), то максимальный к. п. д. такой турбины будет ниже, чем у турбины с дважды безударным входом.
Полигон скоростей можно построить для любого режима. С увеличением частоты вращеничя чертёж изменяется так, как показано на рис. 4.5 справа внизу. Векторы c1и c2 сближаются, причём углы α1и β2сохраняются. Крайний случай с равенством c1 = c2 соответствует «холостому» реэиму (u = umax).
Еще по теме § 4.5. ПЛАНЫ СКОРОСТЕЙ. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТУРБИНЫ.:
- § 4.7. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ ТУРБИН.
- § 4.12. ПАРАМЕТРЫ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТУРБИН.
- § 4.8. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕШЁТОК ПРЯМОТОЧНЫХ ТУРБИН.
- § 4.6. МОМЕНТ, МОЩНОСТЬ И К. П. Д. ТУРБИНЫ.
- § 4.10. ПОДОБИЕ В ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ТУРБИНАХ.
- § 4.9. ХАРАКТЕРИСТИКА ТУРБИНЫ ПРИ ПОСТОЯННОМ РАСХОДЕ ЖИДКОСТИ.
- 17.3. Правовой режим коммерческой тайны
- 8.3. Правовой режим документированной информации
- 15.3. Правовой режим архивов
- 2. Перемещение через таможенную границу товаров и транспортных средств. Таможенные режимы
- 9.1. Правовой режим информационных систем, информационных технологий и средств их обеспечения
- Лекция №27 Режим подземных вод. Общие сведения о балансе подземных вод.
- 18.6. Государственное регулирование работы с персональными данными
- 18.3. Правовые основы работы с персональными данными
- 8.1. Сердце: строение и работа
- 18.5. Права и обязанности держателя (обладателя) по работе с массивами персональных данных