J. Szantyr - Wykład 3: wirniki i uklady kierownic maszyn wirnikowych. Viktor Kaplan

Transkrypt

1 J. Szantyr - Wykład 3: irniki i uklady kieronic maszyn irnikoych Viktor Kalan

2 Poma odśrodkoa

3 Schemat rzełyu rzez omę odśrodkoą u rzut rędkości bezzględnej na kierunek rędkości unoszenia, rędkość ołudnikoa Sraność omy Głónym składnikiem ysokości odnoszenia omy jest zmiana ysokości ciśnienia: 1 h ρg która jest ziązana z mocą użyteczną omy: ρ g u h

4 Moc dostarczona do omy jest iększa od mocy użytecznej z oodu strat, które dzielimy na straty hydrauliczne, objętościoe i mechaniczne. Łączny ły strat ujmuje sraność omy, którą można rzedstaić jako iloczyn sraności hydraulicznej, sraności objętościoej i sraności mechanicznej: η u η η η h Straty hydrauliczne yołane są tarciem cieczy o ścianki irnika i kadłuba omy oraz tarciem enętrznym. η h h h + h Gdzie teoretyczna ysokość odnoszenia dla omy o skończonej liczbie łoatek ynosi: Ω Ht ( r u r1 1 u ) g H m h t

5 Straty objętościoe są soodoane rzełyem stecznym omiędzy irnikiem a kadłubem omy, który sraia, że rzeczyisty rzeły rzez irnik jest iększy od ydajności omy. ( ) t t H g gh + ρ ρ η Teraz zór na sraność hydrauliczną można zaisać: ( ) u h H g h g ρ ρ η Straty mechaniczne są soodoane tarciem łożyskach i uszczelnieniach, a także tarciem zenętrznej części irnika o ciecz. m m + η ( ) t H g ρ m h u u η η η η Ostatecznie:

6 Kinematyka rzełyu rzez irnik omy odśrodkoej Prędkość ołudnikoa danym unkcie to rzut rędkości bezzględnej na łaszczyznę osioą rzechodzącą rzez ten unkt. Prędkość ołudnikoą na locie do irnika określa zór: + 1 S 1 π r b η ψ gdzie ψ 1 - sółczynnik rzesłonięcia rzekroju lotoego 1 1 1

7 Znając rędkość ołudnikoą, rędkość υ 1u i rędkość unoszenia można narysoać trójkąt rędkości na locie do irnika: Symbol + oznacza artości dla irnika z rzeczyistą liczbą łoatek o rzeczyistej grubości, a symbol - artości dla irnika o dużej liczbie nieskończenie cienkich łoatek Z trójkąta rędkości można yznaczyć rędkość zględną na locie do irnika oraz kąty α1 i β1. Kąt natarcia γ jest zykle rzyjmoany granicach 3 8 stoni. ależy zrócić uagę, że kształt trójkąta rędkości zależy tylko od ydajności omy i od rędkości obrotoej Ω.

8 Prędkość ołudnikoą na ylocie określa zór: S π r b η ψ Prędkość u można yznaczyć z zoru Eulera dla znanej ysokości odnoszenia. Ze zględu na skończoną liczbę łoatek irnika teoretyczny trójkąt rędkości ACD jest korygoany do ostaci ABC zorem emirycznym Stodoli: π u u u sin β1 z Znajomość lotoego i ylotoego trójkąta rędkości ozala ykreślić rzybliżony zarys łoatki irnika.

9 Turbina odna romienioo osioa (Francisa) James Francis

10 Ustaienie łoatek kieroniczych turbiny Francisa rzy niskim natężeniu rzełyu Ustaienie łoatek kieroniczych turbiny Francisa rzy ysokim natężeniu rzełyu

11 Przeły rzez turbinę odną romienioo-osioą Z unktu idzenia kinematyki rzełyu turbina Francisa jest odróceniem działania omy odśrodkoej. Strumień ody rzełyający rzez łoatki kieronicy uzyskuje eien kręt, który zostaje zredukoany niemal do zera trakcie rzełyu rzez irnik. Turbina racuje z najiększą sranością, gdy doły do irnika jest bezuderzenioy (kąt natarcia róny zero), a yły z irnika jest osioy, czyli gdy u 0

12 Z kieronicy oda yłya od kątem α0 α 1 i z rędkością: 0 π r b sinα Składoa obodoa tej rędkości na locie do irnika: r u 0 cosα0 r1 0 0

13 Prędkość ołudnikoa na locie: 1 π r b 1 1 a odstaie oyższych danych i rędkości unoszenia można ykreślić trójkąt rędkości na locie, co ozala na yznaczenie rędkości zględnej i jej kąta β 1 który jest zarazem kątem lotoym łoatki. a ylocie z irnika jest odoiednio: u Ω r u 0 π rr b sin β Pozala to ykreślić trójkąt rędkości na ylocie. Odoiednio rzekształcony zór Eulera ma ostać: H 1 u1 u g g g Analiza tego zoru ozala oiązać artość ysokości hydraulicznej z odoiednim tyem turbiny (osioej lub romienioo-osioej).

14 Palisady rofili Płaty nośne torzące n. irniki turbin lub om oddziałyają ze sobą, zmieniając soje charakterystyki. Zjaisko to można rzedstaić na rzykładzie tz. alisady rofili. rędkość na locie - V 1 rędkość na ylocie - Palisada rzysieszająca rędkość na ylocie jest iększa od rędkości na locie (turbiny reakcyjne) Palisada neutralna moduły rędkości na ylocie i locie są takie same (turbiny akcyjne) Palisada oóźniająca rędkość na ylocie jest mniejsza od rędkości na locie (omy) V

15 W turbinie akcyjnej (imulse) eksansja czynnika roboczego zachodzi yłącznie kieronicy W turbinie reakcyjnej W turbinie reakcyjnej część rocesu eksansji czynnika roboczego zachodzi kieronicy, a część irniku. Proorcja eksansji irniku do całości eksansji określa tz. stoień reakcyjności

16 Montaż irnika reakcyjnej turbiny aroej

17 Wzajemne oddziałyanie dóch ieńcó irnika z ieńcem kieronicy umieszczonym omiędzy nimi