Главная -> Гидравлические машины: турбины и насосы 1 2 [ 3 ] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 РАЗДЕЛ первый ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ТУРБИНЫ ГЛАВА ПЕРВАЯ ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТУРБИН 1-1. ЭНЕРГИЯ ЖИДКОСТИ . Рассмотренные условия работы турбин на гидроэлектрических станциях и насосов на насосных станциях и установках (см. рис. В-1) показывают, что и в тех и в других осуществляется преобразование энергии жидкости. В турбинах механическая энергия жидкости преобразуется в механическую энергию вращения вала, передаваемую генератору; в насосах энергия, получаемая от двигателя, преобразуется в энергию жидкости. В связи с этим валшо представить выражение, определяющее энергию жидкости. В гидравлике принято механическую удельную энергию жидкости элементарной струйки в сечении 1-1 относительно горизонтальной плоскости сравнения 0-0 выражать трехчленом (рис. 1-1, а, б) стр (1-1) гд,1 р давление, Па; р - плотность жидкости, кг/м ; g - ускорение свободного падения, м/с^; z - высота, м; у - скорость, м/с; Н - напор, м. Выражение (1-1) представляется либо в линейных единицах высоты, м, либо в удельных энергетических, Дж/Н*. Это позволяет * Эта трактовка вытекает из следующего. Согласно уравнению Д. Бер-иулли для струйки идеальной жидкости -5- -f gz + - = Я = const. Р 2 Здесь каждый член представляет собой удельную энергию массы протекающей жидкости в Дж/кг (или mVc). Е называют удельной ра<)Отой, а иногда массовым напором [59]. Разделив все члены на g - ускорение свободного падения, получаем выражение , + г Ч--= я = const, в KOTopoiyi каждый член имеет единицу измерения Дж/Скг-м/с^) =Дж/Н и представляет собой удельную энергию на 1 Н силы веса протекающей жидкости. Но Дж/Н = Н-м/Н = м - единица измерения напора. Последнее особенно удобно для представления закономерностей движения жидкости и работы лопастных гидравлических мапшн. Так, напор представляет собой один из основных показателей турбин и насосов. дать геометрическую интерпретацию удельной энергии жидкости, протекающей по элементарной струйке в виде напора Я == е„, состоящего из трех отрезков (рис. 1-1,6); plgg - пьезометрическая высота; z - геометрическая высота; ч^2д - скоростная высота, или скоростной напор. Удельная энергия для потока конечных размеров при плавно изменяющемся течении (рис. 1-1, б) определяется как среднее значение удельной энергии протекающей жидкосги Z+ (1-2) Рис. 1-1. к определению удельной энергии жидкости. которое отличается от формулы (1-1) для элементарной струйки только коэффициентом кинетической энергии а (коэффициент Ко-риолиса), учитывающим неравномерность распределения скоростей по сечению icp=-f> (1-3) где F - площадь сечения, нормальная к линиям тока, а Q - расход. Коэффициент а зависит от неравномерности эпюры распределения скоростей по сечению [v4F. (1-4) Как и для элементарной струйки, е представляет собой напор Я, состоящий из трех слагаемых (рис. 1-1, в). Мощность потока жидкости /V. располагаемую относительно выбранной плоскости сравнения 0-0, можно найти, Основные параметры турбин используя выражение удельной энергии (1-2), записав е = Н. По трактовке напора Н известно, что 1Н веса жидкости, протекающей через сечеиие )-/, располагает энергией Н, Дж. Если объемный расход Q, м'/с, то весовой pgQH, Н/с, жидкости. Следовательно, получаем: N = 9gQH. (1-5) Здесь - в Дж/с, или Вт. / Если учесть, что для воды р = 1000 кг/м', и принять ускорение свободного падения g = 9,81 м/с^, то формула (1-5) будет иметь вид: ЛГ = 9,81СЯ. (1-6) Здесь ЛГж - в кВт. Уравнение Бернулли для установившегося движения несжимаемой жидкости (рис. 1-2) имеет вид: 2х + Pi + + (1-7) Здесь pi, p2 и Vi, Vi - давления средние скорости в сечениях 1-1 2-2; /г,.2 - гидравлические потери на трение (по длине) и местные (резкий поворот потока, изменение размеров сечения и др.) на участке между сечениями 1-1 и 2-2. Эти потери для турбулентного течения можно найти с помощью известной формулы гидравлики Рис. 1-2. Геометрическое представление уравнения Бернулли. и и где ?j 2 - суммарный коэффициент потерь, а у. - средняя скорость в некотором сечении, которое принимается за расчетное. Давление жидкостив различных местах проточного тракта гидромашин имеет большое значение при оценке энергетических и других показателей их работы. Поэтому на определении давления следует остановиться подробнее. Прежде всего нужно иметь в виду, что различают абсолютное давление р^ и избыточное давление р^дщичем --. / Х^ -г Р = Р тм + Р. (1-8) ГЛе ptn, - атмосферное давление, зависящее от отметки местности. На уровне моря Ратм = 0,1 МПа. § 1-2] Напор и мощность турбины Как было отмечено выше, пьезометрическая высота p/pg соответствует избыточному давлению. Если абсолютное давление в данной точке больше атмосферного, то, измерив На = p/pg > О (рис. 1-3, с), можно вычислить р по формуле Р = РЯЯп. (1-9) Если абсолютное давление в точке ниже атмосферного, то высота пьезометрического уровня отрицательная {p/pg < 0) или равна Яв - вакуумметрической высоте и соответствует значению Рис. 1-3. К определению давления. вакуума, т. е. дефициту давления до атмосферного. В этом случае абсолютное давление определяется по формуле Ра=Рат„-Pg/b- (1-10) 1-2. НАПОР И МОЩНОСТЬ ТУРБИНЫ Принципиальная схема установки турбины на ГЭС показана на рис. 1-4, с. Из верхнего бьефа вода через водоприемник и напорный водовод подводится к турбине (сеч. 1-1) и, пройдя через нее, выпускается из отсасывзющей трубы в нижний бьеф или в отводящий водовод. Разность отметок бьефов называется статическим напором ГЭС Яст, м. H = Zg6-z, Напор турбины Я, м, представляет собой разность удельных энергий во входном селении 1-1 турбины е^ и в выходном В-В турбины е^ых- Согласно (1-2) + гг + (1-11) где Vi - средняя скорость в сечении 1-1. Для нахождения pjpg составим уравнение Бернулли (1-7) для сечений 0-0 в верхнем бьефе и 1-1 (рис. 1-4) относительно отметки нижнего бьефа: mpuSa турбины < а) 1 / : Рис. 1-4. Схема установки турбины на гидроэлектростанции. Здесь po/pg = Ло и Лпот - гидравлические потери в подводящем водоводе по длине и местные (на вход в водоприемнике, на повороты и др.). Учитывая, что + Zq = Н„, из уравнения определяем пьезометрическую высоту pjpg и отметку Zpi (рис. 1-4, а): pg - 2g 2g Подставив найденное значение pjpg в (1-11), получим: -к (1-12) Удельная энергия в выходном сечении В-В (рис. 1-4, б) относительно отметки нижнего бьефа бвых может определяться по-разному, и соответственно получаются различные выражения напора турбины. Согласно международным правилам испытания турбин (коду) бвых представляется суммой вых вых (1-13) В которой Айвых - пьезометрический уровень в сечении В-В (на рис. 1-4 А/1вых< О, величину-Айвых называют пе р еп ад о м восстановления), а Увых = Q/вых. где Q - расход турбины и вых - площадь сечения. При этом с учетом (1-12) напор турбины Я = tei - бвых выражается формулой (1-14) Эта формула обычно используется только при гарантийных испытаниях турбин. Поскольку площадь /вых зависит от конструкции турбины и с ее увеличением iJg снижается, то иногда принимают, что e должна учитывать только потенциальную энергию в выходном сечении В-В, т. е. бвых = А^вых [37а]. Тогда Я = Яст -/1пот + A/i (1-140 Наконец, за выходное сечение можно принимать сечение нижнего бьефа, расположенное в некотором удалении от турбины. При этом нбнб 2g (1-14 ) Такой напор называют напором нетто ГЭС. Все эти формулы напора отличаются способом учета кинетической энергии, которая обычно невелика, и различие в напорах измеряется десятками сантиметров. Для практических расчегов напор турбины выражают формулой (1-15) Н А |
© 2024 Constanta-Kazan.ru
Тел: 8(843)265-47-53, 8(843)265-47-52, Факс: 8(843)211-02-95 |