Полная версия

Главная arrow Строительство

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ГИДРОДВИГАТЕЛИ

Гидравлические турбины

Турбина — гидравлический двигатель (машина), в котором осуществляется передача механической энергии рабочему органу (колесу) с помощью протекающей через него жидкости. В турбинах энергия жидкости на входе в нее Ех больше энергии на выходе Е2.

В гидравлических турбинах в результате вращения рабочего колеса получаемый момент обычно передается на вал ротора электрического генератора. В генераторе механическая энергия преобразовывается в электрическую.

Главными частями турбин являются рабочее колесо, подводы воды к рабочему колесу и отводу, отводящему воду от колеса. Согласно рабочему процессу передачи энергии жидкости турбины делятся на активные и реактивные.

В активных турбинах используется кинетическая энергия в результате истечения из насадок струй воды. Рабочее колесо состоит из ковшей, на лопасти которых воздействует струя воды из насадки. В результате получается импульс силы и момент количества движения. В реактивных турбинах рабочее колесо находится в сплошном потоке воды.

Рабочее колесо имеет несколько лопастей. Энергия потока воды передается через лопасти на вал рабочего колеса в результате силового воздействия потока на лопасти при их обтекании. Как и в лопастных насосах имеет место переносное и относительное движение воды в рабочем колесе.

К реактивным турбинам относят осевые и радиально-осевые. В осевых турбинах вода на рабочее колесо поступает по его оси. Осевые турбины подразделяют на неповоротные и поворотно-лопастные. В радиально-осевых вода поступает сначала в радиальном направлении, а затем при прохождении рабочего колеса меняет свое направление на осевое.

Ковшовые турбины

Ковшовая турбина состоит из следующих основных элементов: рабочее колесо с ковшами, насадка (сопло); из насадки под напором Я происходит истечение струи воды со скоростью V0 (рис. 7.1) Струя воды воздействует на стенку чашеобразной формы рабочего колеса и создает силу давления на ковшовую лопасть колеса. Рабочее колесо состоит из ковшевидных лопастей, расположенных на диске. Лопасть имеет две криволинейно вогнутые поверхности, разделенные ножом. Нож устанавливается в положение, совпадающее с осью струи воды.

При попадании струи на лопасть нож разделяет поток воды на две части, каждая из которых воздействует на лопасть, обтекая вогнутые поверхности (рис. 7.2). Общее количество лопастей 2 = 12-40.

Скорость истечения из насадки

где ф — коэффициент скорости, ф = 0,96 - 0,98; Я — напор.

В результате создания давления и силы давления на поверхность в лопасти возникает момент, приводящий к вращению рабочего колеса с частотой п.

Сила давления на плоскую поверхность от воздействия струи

где р — плотность воды; Q — расход воды; а — угол отклонения струи при обтекании плоской поверхности на ее конце.

Схема ковшовой турбины

Рис. 7.1. Схема ковшовой турбины:

  • 1 — рабочее колесо; 2 — лопасть; 3 — вал турбины; 4 — насадка (сопло); 5 — игла;
  • 6 — напорная труба
Схема рабочего колеса турбины

Рис. 7.2. Схема рабочего колеса турбины:

1 — рабочие ковшовые лопасти; 2 — нож колеса; 3 — прорезь

При угле а = 90° сила, т. е. плоскость, перпендикулярна оси струи

Форма лопастей ковшовой турбины имеет на выходе а * 180°, (cos 180° = -1), тогда сила давления струи (рис. 7.2)

Полагаем, что в момент времени At лопасть будет двигаться с линейной скоростью и в направлении движения струи.

Относительная скорость

Теоретически сила давления при относительном движении струи и лопасти

Мощность, передаваемая струей на лопасть колеса,

Максимальная теоретическая мощность

Следовательно скорость и примет значение

Теоретическая мощность

Мощность турбины зависит от кинетической энергии струи, мощность через напор истечения

Принято считать, что КПД струи гс = ср2.

Гидравлический КПД турбины г|г зависит от относительной и d о

скорости —, диаметра ^-иа.

К механическим потерям относится распыление струи на участке от сопла до лопасти, потери на удар струи, потери при удалении воды с лопасти.

КПД ковшовой турбины r = ricrjrriM.

Мощность турбины

Расход воды, истекающей из насадки, регулируется. Количество насадок может быть несколько. Форма ковша имеет плавное очертание для уменьшения сопротивлений при движении струи по поверхности лопасти ковша.

Под действием давления струи рабочее колесо поворачивается, и струя воздействует на лопасти другого колеса и т. д., поэтому вращение колеса не прекращается. Изменение расхода воды из насадки производится путем изменения живого сечения. Например, внутри насадки находится игольчатый стержень с обтекаемым конусом на конце. Перемещая стержень (иглу), меняется живое сечение насадки (см. рис. 7.1).

Кожух турбины служит для предохранения от разбрызгивания и обратного попадания воды в ковши турбинного колеса.

Использование двух-четырех насадок обеспечивает повышение частоты вращения вала турбины п. В турбине могут быть использованы два рабочих колеса. Вода к турбине подводится по достаточно длинному трубопроводу обычно из верхнего бьефа водохранилища. На рис. 7.3 показан внешний вид ковшовой турбины.

Рабочее колесо ковшовой турбины

Рис. 7.3. Рабочее колесо ковшовой турбины

Ковшовые турбины имеют достаточно высокий КПД ц = = 0,85 н- 0,89.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>