Нормальный выход потока с рабочего колеса.

Нормальный выход. Нормальным выходом называется такой, при котором абсолютная скорость V₂ на выходе с лопастей рабочего колеса перпендикулярна переносной скорости U₂, т. е. ά₂ = 90° и при этом v_U2 = 0 (рисунок 4.7 б).

Считалось, что нормальный выход желательно иметь всегда и обосновывалось это тем, что при нормальном выходе будут меньше абсолютные скорости течения воды в отсасывающей трубе и на вы­ходе из нее, вследствие чего ожидалось уменьшение потерь энергии как внутри трубы, так и при выходе из нее.

Кроме того, считалось, что при нормальном выходе вследствие отсутствия закрутки потока в отсасывающей трубе будет более равномерное распределение скоро­стей по сечениям трубы, что должно привести к улучшению кавитационных свойств турбины. Однако эксперименты, проведенные в лабораториях, не подтвердили, каза­лось бы, на первый взгляд бесспорного предположения.

Наоборот, опытами было установлено, что положительная закрутка потока (v_U2совпадает с направлением U₂) на выходе из лопастей рабочего колеса соответствующая значению v_U2 =0,2gH, оказы­вает благоприятное влияние на к. п. д. турбины и ее кавитационные качества. Объясняется это тем, что при закрученном потоке на вы­ходе из рабочего колеса лучше обтекается диффузорная часть отса­сывающей трубы и меньше потери в самом рабочем колесе, так как при этом меньше относительные скорости течения воды по лопастям рабочего колеса.

В настоящее время не только не избегают ненормального выхода воды с лопастей рабочего колеса, а наоборот, часто при расчете колеса его предусматривают.

Рассмотрим, при каких условиях будет нормальный выход.

Из треугольника скоростей на выходе (рисунок 4.7 б) имеем:

v_U2= u₂ - w_U2 = u₂ - w₂ cos(180° - β₂) ==

= u₂ – v_m2 ctg(180° - β₂),

где v_m2 — меридиональная составляющая абсолютной скорости V₂.

Скорость v_m2 пропорциональна расходу, т. е.

v_m2 = k₁ Q.

В частности, для осевого потока в сечении непосредственно после рабочего колеса приближенно можно принять:

v_m2 = Q/F₂

где F₂ — площадь поперечного сечения камеры рабочего колеса нормального к оси тур­бины.

Таким образом, имеем

v_U2 = u₂ – k₁ Q. ctg(180° - β₂)

Как видно из этого уравнения, выход будет нормальным при:

u₂= k₁ Q. ctg(180° - β₂)

Если различные режимы (различные расходы Q и числа оборотов n) представить точками плоскости, то нормальный выход из турбины будет при режимах, находящихся на прямой ОВ, выходящей из начала координат (рисунок 4.9).

Все режимы выше этой прямой будут, как видно из последнего уравнения для v_U2, давать положительную закрутку (в на­правлении вращения турбины), так как v_U2 > 0, а ниже прямой — отрицательную, так как v_U2 < 0.

Рисунок 4.9 Выход воды из рабочего колеса.

Для турбин с неповоротными лопастями ра­бочего колеса, работающих при неизменных на­поре и числе оборотов, нормальный выход мо­жет иметь место только при одном рабочем ре­жиме (см. треугольники скоростей выхода на рисунке 4.7), так как, с отклонением от рабочего режима изменяется величина относительной скорости, а окружная скорость остается по­стоянной по величине и направлению. Для по­воротно-лопастных турбин в указанных условиях работы (Н и n постоянные) нормальный выход, при желании, можно обеспечить при всех режимах работы, что достигается путем по­ворота лопастей рабочего колеса.