5. (59) Регулирование расхода и мощности турбины. Потери энергии в проточном тракте турбины. Отсасывающие трубы гидротурбин.

Установим зависимость расхода воды от параметров направляю­щего аппарата и рабочего колеса.

Воспользуемся уравнением турбины, которое позволяет установить зависимость пропускной способности от геометрических размеров и исследовать возмож­ности регулирования расхода и мощности в реактивных турби­нах.

5. η_ГgH = (ω/2π) • (Г₁ - Г₂)

Циркуляция на входе в рабочее колесо Г₁ создается направляющим аппаратом, рисунок 6.2, а). Из треугольника скоростей на выходе из НА следует:

5. Г₀ = πDv_Uo = πDv_roctgά₀ = Г₁

6. 

Рисунок 6.2 Связь между циркуляциями Г₁, Г₂ и расходомчерез турбину:

б) — треуголь­ник скоростей на выходе из направляющего аппарата; в) — то же на выходе из рабочего колеса.

Подставив значение v_r0 = Q / πDb₀ в предыдущие уравнение уравнение, получим:

Г₁ =

Циркуляцию Г₂ на выходе из рабочего колеса в первом прибли­жении можно определять для средней по расходу поверхности тока 0 – 1 – 2

5. Г₂ = πD_2СРv_U2 = πD_2CР(u₂ – v_m2ctgβ₂)

Подставляя в это уравнение значения: u₂ = ω•r = πD_2CР •n/ 60 и v_m2 = Q / F₂, где F₂ - площадь потока на выходе из рабочего колеса, получаем зависимость между циркуляцией Г₂, геометрическими пара­метрами рабочего колеса и расходом:

Г₂ =

Подставив значения Г₁ и Г₂ в исходное уравнение

Q = (6.1)

Где: А = ; В = 1/b₀ ; С = π•D_2СР /F₂

Из выражения для определения расхода через турбину Q следует, что на пропускную способность турбины влияют: геометрические размеры проточной части (F₂; D_2СР; b₀), форма потока в проточной части (углы потока (струйные) на выходе из направляющего аппарата ά₀и на выходе из рабочего колеса γ₂ =180° - β₂), напор Н и частота вращения n турбины.

Таким образом, исходя из выше приведенных зависимостей, имеется три параметра: ά₀; b₀ и γ₂ три возможности регулирования расхода.

Способы регулирования расхода и мощности турбины.

1.Регулирование расхода при помощи направляющего аппарата с поворотными лопатками.

Этот способ регулирования расхо­да применяют в радиально-осевых и пропеллерных гидротурби­нах.

2. Двойное регулирование расхода при помощи поворота лопа­ток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса.

Этот принцип регулирования применяют в поворотно-лопастных осевых и диагональных гидротурбинах.

3. Регулирование расхода за счет изменения угла потока γ₂ на выходе из рабочего колеса.

4. Изменение высоты направляющего аппарата при помощи изменения положения цилиндрического щита, установленного перед направляющим аппаратом. Опусканием и подниманием щита регу­лируют расход через гидротурбину.

5. Одновременное изменение высоты аппарата и положения его лопаток. Такое регулирование расхода осуществимо для радиально-осевой гидротурбины средней быстроходности, имеющей ци­линдрическую форму лопасти у верхнего обод рабочего ко­леса.

Отсасывающая труба. Отсасывающая труба гидротурбины предназначена для: отвода воды от рабочего колеса в нижний бьеф с минимальными потерями энергии; использования части геометрического напора, если рабо­чее колесо турбины расположено над нижним бьефом; преобразо­вания кинетической энергии потока, выходящего из рабочего колеса, в энергию давления. Величина кинетической энергии потока на выходе из рабочего колеса зависит от типа гидротурбины и ре­жима ее работы.

При отсутствии отсасываю­щей трубы энергия потока после рабочего колеса теряется, и КПД турбины уменьшается. При установке отсасывающей трубы, которая представляет собою прямоосный или изогнутый диффузор определен­ных размеров, кинетическая энергия потока после рабочего колеса преобразуется в энергию давления. В результате под РК создается дополнительное разрежение, вследствие чего напор, используемый турбиной, возрастает.

Размеры и тип отсасывающей трубы также влияют на кавитационные и пульсационные характеристики турбины, габариты и стоимость подводной части здания ГЭС. Следовательно, при вы­боре типа и размеров отсасывающей трубы необходимо тщательно проанализировать ее влияние на характеристики гидротурбины и стоимость здания ГЭС и при помощи технико-экономических рас­четов выбрать оптимальный вариант.

В зависимости от компоновки гидроагрегата (вертикальное или горизонтальное расположение вала) применяются изогнутые с тем или иным типом ко­лена и прямоосные отсасывающие трубы. Основным параметром, определяющим гидравлические харак­теристики изогнутой отсасывающей трубы, является ее высота h.

Независимо от формы отсасывающей трубы уменьшение ее высоты приводит к паде­нию КПД турбины. При этом наиболее резкое снижение КПД наблюдается на тур­бинах большой пропускной способности. С уменьшением пропускной способности турбины влияние высоты отсасывающей трубы на ее энергетические показатели уменьшается.

Потери энергии в СК. Движение жидкости в СК является существенно трехмерным.

Скорости потока варьируются как в поперечном, так и в продольном направлении.

Определяющим видом потерь в СК являются потери по длине.

Если относительные шероховатости (Δ) модели и натуры близки, то и коэф.

Сопротивления примерно совпадают.

Удобно выражать потери относительно скорости во входном сечении: ,

тогда относительные потери в СК получим в виде . Скорость во

входном сечении . Введем понятие относительной площади:

.

, выразим Q и подставим в выражение относит потерь: .

Относительная величина потерь в СК невелика, но от качества согласования спирали с

последующими рабочими органами и равномерности создоваемого потока

существенно зависят потери в них.