ЛекцииГМ

Кроме кривых	а0 = const	и η	= const, на главную	универсальную
характеристику	наносят	еще	кривые: NПРЕД, 95% NПРЕД и кривые

коэффициентов кавитации σ = const, также возможны кривые коэффициентов быстроходности nS = const.

Рисунок 8.6. Построение на главной универсальной характеристике кривых NПРЕД пятипроцентного запаса мощности и nS = const.

Кривая предельной мощности проходит через те точки главной универсальной характеристики, в которых при данных n′1 мощность N′1 = ρgQ′1η будет максимально возможной. В практике гидромашиностроения рабочие режимы обычно ограничивают кривой 95% NПРЕД, оставляя в запасе 5% мощности, необходимой по условиям регулирования турбин и обеспечения полной надежности в получении расчетной мощности с небольшим запасом.

Таким образом, кривая пятипроцентного запаса мощности разделяет главную универсальную характеристику на две части: левую — рабочую и правую — нерабочую. Потому что, повышение расхода Q′1 за пределы этой линии может увеличить мощность турбины только на 5 %, после чего наступает срыв мощности, т.к. снижение к.п.д. будет происходить быстрее, чем повышение расхода.

11

8.2.3 Главная универсальная характеристика поворотно-лопастных турбин.

Поворотнолопастные турбины имеют двойное регулирование расхода, осуществляемое одновременным и согласованным поворотом лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса. Этим обеспечивается пологая рабочая характеристика, т. е. малые изменения к. п. д. при значительном изменении нагрузки на турбину. Испытание поворотнолопастной турбины ведется на нескольких (4 ÷ 8) углах φ° установки лопастей рабочего колеса (рисунок 8.7), причем при каждом φ° = const в объеме, достаточном для построения пропеллерной характеристики (рисунок 8.8, б) описанным выше способом.

Рисунок 8.7. Положение лопастей рабочего колеса поворотно-лопастной турбины.

Отсчет углов φ° производится по периферийному профилю лопастей от φ = 0°, соответствующего углу, при котором произведен гидравлический расчет рабочего колеса. Этот угол теоретически должен соответствовать предполагаемому оптимальному к. п. д. турбины и на практике бывает к нему близок.

Таким образом, поворотно-лопастная турбина как бы совмещает в себе ряд пропеллерных турбин. Кривые η = const главной универсальной характеристики (рисунок 8.8) получаются как огибающие одинаковых значений к. п. д. этих пропеллерных характеристик.

12

Рисунок 8.8. Схема построения главной универсальной характеристики поворотнолопастной турбины.

Для построения их на плоскости Q′1, n′1 наносятся пропеллерные характеристики, которые должны иметь сетку кривых η = const и а0 = const с одинаковыми значениями указанных величин.

Кривые φ° = const на главной универсальной характеристике проводятся через точки касания огибающих и огибаемых кривых и представляют собой геометрическое место рабочих точек соответствующих пропеллерных режимов.

Таким образом, все рабочие режимы при одном угле установки лопастей рабочего колеса лежат на линии φ° = const.

Очевидно, что при n′1 = const и φ° = const турбина может работать только при одном Q′1.

Кривые постоянных открытий a0 = const, соответствующие работе турбины по комбинаторной связи, т. е. при лучшей по к. п. д. комбинации φ° и a0, наносятся по точкам пересечения заданных a0 с φ° = const пропеллерных характеристик.

13

Для примера укажем на кривую AВ (рисунок 8.8), проходящую через точки 1, 2, 3 и 4, соответствующую открытию направляющего аппарата а0 = 80 мм.

В лабораторной практике обычно применяют другой, более удобный способ построения главной универсальной характеристики поворотно-лопастной турбины, который заключается в следующем.

Как обычно испытывают модель турбины при нескольких (4 ÷ 8) углах установки лопастей рабочего колеса и для нескольких сечений частных пропеллерных характеристик при помощи линий n′1 = const строят кривые:

η =f1 (Q′1 ), а0 = f2 (Q′1 )

Затем проводят огибающие кривых η =f (Q′1 ) например, М – N (рисунок 8.9).

0		400	800	1200	1600	Q′1 л/с
Рисунок 8.9. Разрезы пропеллерных характеристик линиями n′1 = const.
Точки касания огибающих кривых и пропеллерных кривых						η =f (Q′1)

(комбинаторные точки А, В, С и т. д.) переносят на кривые а0 = f2 (Q′1 ).

Далее, значения φК; ηК и а0К комбинаторных точек для выполненных разрезов n′1 = const переносят на поле характеристики, пользуясь известными координатами Q′1 — n′1.

Точки равных значений φК и а0К соединяют плавными кривыми и получают линии равных открытий а0К и углов φК на поле главной универсальной характеристики (рисунок 8.10).

14

Выполняя разрезы огибающих η =f (Q′1) линиями η = const, строят линии равных к. п. д. в координатах Q′1 — n′1 главной универсальной характеристики (рисунок 8.10).

Рисунок 8.10. Главная универсальная характеристика модели поворотнолопастной осевой гидротурбины (D1 = 460 мм, Н = 4 м)

Главная универсальная характеристика поворотно-лопастной гидротурбины действительна только при строгом соблюдении определенной зависимости между открытиями а0 и углами φ. Связь между величинами а0 и φ для натурной гидротурбины устанавливается при помощи комбинаторной зависимости φК = f (а0К, n′1 ).

На гидроэлектростанции турбина работает при различных напорах (в диапазоне НMAX ÷ HMIN), и для каждого напора необходимо построить комбинаторную зависимость, следуя которой сервомотор рабочего колеса будет разворачивать лопасти на нужный угол в зависимости от открытия направляющего аппарата.

Частота вращения для турбины постоянна и равна:

n′1 = nТ ·D1T / √H

15

f (а0)

следовательно, каждому напору Н соответствует своя комбинаторная кривая:

φК = f (а0, Н)

Имея модельную универсальную характеристику, комбинаторные кривые можно построить следующим способом. Для этого, задаются несколькими значениями напора Н, для каждого находят свое значение n′1 по вышеприведенному выражению. Затем по найденным n′1 проводят сечение главной универсальной характеристики, при помощи интерполяции по линиям φ = const или a0 = const находят значения φК и а0К по которым строят кривые φК =

для каждой величины напора (рисунок 8.11).

Полученные кривые используют для построения кулачка комбинатора системы регулирования гидротурбины.

Рисунок 8.11. Комбинаторная зависимость φК = f (а0К) осевой поворотнолопастной гидротурбины.

Таким образом, при регулировании поворотно-лопастных турбин

требуется не только строго выдерживать зависимость между а0 и φ, но эта зависимость должна изменяться с изменением напора ГЭС.

16

Пример.

На основании уравнения Эйлера HηГ = ω/g2π • (Г1 - Г2) определить вид оборотной характеристики турбины, т. е. зависимость:

η = fη (n),		N = fN (n)	М = fМ (n)
при	D1 = const, a0 = const,		Н = const.
Решение.
В данных условиях можно приближенно принять, что Q = const.
Тогда согласно:	Г0 = πD02v0cosά0 и Г = Г0 = const следует,			что
Г1 = Г0 = const.
Как было показано выше,		выходная циркуляция Г2 зависит от n,		через

абсолютную v2 и окружную скорости u2 (Г2 = 0 → ά0 = 90° → v2 = vm ┴ u2 → u = π·D·n / 60 )

Отсюда следует:

1. при n = 0 (колесо не вращается) Г2 < 0 и можно приближенно считать, что Г2 = - Г 1;

2.По мере увеличения n, циркуляция Г2 возрастает, проходя через Г2 = 0, и далее становится положительной.

3.Нанесем изменение Г1 и Г2 на график (рис. 8.12). Разность дает (Г1 – Г2).

Рисунок 8.12. Построение оборотной характеристики турбины по уравнению Эйлера.

17

Отсюда с помощью выражения: М =

Q	(Ã
2	1

Ã	)
2

, получаем монотонно

убывающую кривую М = fМ (n).

4. Для построения кривой КПД, на основании уравнения Эйлера имеется три точки:

1) n = 0 , η = 0; 2) Г2 = 0, η = макс; 3) (Г1 – Г 2) = 0, η = 0.

В точках 1 и 3 мощность N также равна 0. В промежутке имеется точка

Nмакс .
5. Искомые характеристики η = fη (n),	N = fN (n)	М = fМ (n)
показаны на рисунке 5.11.

Они позволяют сделать два важных для практики вывода: турбина,

очевидно, должна эксплуатироваться в области наибольших к. п. д., т. е. в области частот вращения n1 – n2.

Если турбину полностью разгрузить, то максимальная частота

вращения, которой достигнет рабочее колесо, определится точкой М = 0 —

это разгонная частота вращения nРАЗГ на которую должны быть рассчитаны все вращающиеся части агрегата.

18