Безударный вход потока на рабочее колесо.

При ударном входе воды могут иметь место значительные потери энергии. Поэтому стремятся создать условия безударного входа для режима, при котором чаще всего будет эксплуатироваться турбина. Такой режим называется нормальным, или расчетным.

Безударным входом, называется такой вход, при котором вектор абсолютной скорости потока на входной кромке ло­пастей рабочего колеса равен по величине и направлению вектору абсолют­ной скорости, созданной направляющим аппаратом непосредственно перед входом на лопасти колеса, а относительные скорости на­правлены по касательной к входному элементу лопасти. Условия безударного входа представлены следующим образом:

V₁ = V₀, W₁ = W₀, ά₁ = ά₀

Обеспечить безударный вход при всех рабочих режимах невозможно. При изменении расхода воды, протекающей через тур­бину (рисунок 4.7), вектор абсолютной скорости потока Vна входе в коле­со будет менять свою величину и направление, так как величина переносной скорости U остается постоянной, а относительная скорость W₁ не меняя направления, изменяет свою величину в за­висимости от расхода.

Рис. 4.7. Вход и выход воды из рабочего колеса: а) — вход на лопасти рабочего колеса; б) —выход с лопастей рабочего колеса

Рассмотрим условия входа воды на лопасти рабочего колеса при различных режимах работы турбины (рисунок 4.8):

· Нормальный (расчетный) режим;

· Режим с начальным (расчетным) открытием лопаток направляющего аппарата а₀, но при увеличенном рабочем напоре Н (рисунок 4.8, а);

· Режим с начальным (расчетным) напором Н, но с увеличен­ным открытием лопаток направляющего аппарата а₀ (рисунок 4.8 б).

Векторные диаграммы для нормального режима при безударном
входе на рисунке 4.8 представлены треугольниками, состоящими из век­торов U₁, W₁ и V₁(вектор U определяется диаметром РК и скоростью n, вектор W в зависимости от расхода и сечения каналов РК).

1. Предположим, что открытие лопаток направляю­щего аппарата осталось прежним, а рабочий напор увеличился*. Тогда абсолютная скорость на подходе к лопастям колеса, сохраняя направление V₀, увеличится до V^'₀ (рис. 4.8, а); относительная ско­рость W'₀ определится как разность векторов V^'₀и U₁. Новая отно­сительная скорость W'₀ по направлению не будет совпадать с W₁ что и характеризует появление удара, приводящего к завихрениям на входной кромке лопасти и, следовательно, к увеличению потерь энергии.

Рисунок 4.8. Треугольники скоростей на входе в рабочее колесо: а) – при нормальном режиме и режиме с увеличенным напором Н, а₀=const; б) – при нормальном режиме и режиме с увеличенным открытием а₀, Н =const.

При изменении рабочего напора вода обтекает начальный элемент лопасти с относительной скоростью W'₁, а направление абсолютной скорости изменяется с V^'₀ на V^'₁. Величина потерь на удар при входе равна:

h_уд = =

2. При увеличении открытия лопаток направляющего аппарата при неизменном напоре (рис. 4.8, б) увеличивается расход воды и происходит поворот вектора V₀ в положение V^'₀, а вектора V₁ в поло­жение V^'₁.

Здесь имеет место одинаково направленный поворот век­торов абсолютных скоростей до и на входной кромке лопастей. Вследствие этого значительно уменьшается удар при входе на ло­пасти рабочего колеса, а следовательно, уменьшаются потери энер­гии, связанные с ним.

У радиально-осевых и пропеллерных турбин безударный вход может быть обеспечен только при одном нормальном режиме, а у поворотно-лопастных турбин по одному режиму при каждом угле уста­новки лопастей рабочего колеса, т. е. безударные режимы представ­ляют собой линию нормальных режимов.