Зависимость коэффициента теоретического напора высоконапорной радиально-осевой турбины от режимных параметров

Abstract

Взаимодействие потока жидкости с рабочим колесом характеризуется следующими интегральными параметрами: гидравлическим моментом на рабочем колесе, гидравлической мощностью и теоретическим напором. В работе с помощью методов теории размерностей осуществлен переход от размерных зависимостей к безразмерным соотношениям для соответствующих коэффициентов. В соответствии с опытными данными безразмерная циркуляция перед рабочим колесом для данной линии тока зависит только от угла потока за решеткой направляющего аппарата, т. е. от открытия направляющего аппарата. Из полученных зависимостей вытекает выражение для коэффициента теоретического напора от режимных параметров. В безразмерной форме полученные зависимости коэффициента теоретического напора от обобщенного безразмерного кинематического параметра KQ наиболее удобны для анализа энергетических характеристик рассматриваемой проточной части радиально-осевой гидротурбины. Кроме того, получено уравнение моментной характеристики гидротурбины также в безразмерной форме. Рассчитанные теоретические зависимости сравнены с экспериментальными данными для различных типов рабочих колес. Полученные результаты позволяют судить о возможности использования разработанных моделей для исследования энергетических качеств высоконапорных радиально-осевых турбин. Рассмотренные кинематические модели могут быть положены в основу упрощенных моделей рабочего процесса, используемых на начальных стадиях проектирования проточной части. Полученные зависимости построены исходя из решения осесимметричной задачи течения жидкости в проточной части. Из предварительного решения этой задачи для получения безразмерных энергетических характеристик используются коэффициенты А и В, учитывающие изменение меридианной скорости течения жидкости в характерных сечениях проточной части и учитывающих изменение картины течения в зависимости от режимных параметров. Найдена зависимость коэффициентов циркуляции и коэффициента теоретического напора пространственной решетки рабочего колеса от геометрических и режимных параметров. Эта зависимость может быть использована для поверочных расчетов (распределения меридиональных и окружных составляющих скорости, циркуляции) при проведении многовариантных расчетов в САПР.

The interaction of fluid flow with the impeller is characterized by the following integral parameters: hydraulic torque at the impeller, hydraulic power and theoretical head. In the work, using the methods of the theory of dimensions, a transition was made from dimensional dependencies to dimensionless relations for the corresponding coefficients. In accordance with the experimental data, the dimensionless circulation in front of the impeller for a given current line depends only on the angle of flow behind the grating of the guide vane, from opening guide vanes. From the dependencies obtained, the expression for the coefficient of theoretical pressure on operating parameters follows. In the dimensionless form, the obtained dependence of the theoretical head coefficient on the generalized dimensionless kinematic parameter KQ is most convenient for analyzing the energy characteristics of the considered flow part of the radial-axial hydraulic turbine. In addition, the equation obtained for the moment characteristic of the turbine is also in a dimensionless form. The calculated theoretical dependences are compared with experimental data for various types of impellers. The results obtained make it possible to judge the possibility of using the developed models for the study of the energy qualities of high-pressure radial-axial turbines. The considered kinematic models can be used as the basis for simplified workflow models used in the initial stages of the design of the flow part. The dependences obtained are based on the solution of the axisymmetric problem of fluid flow in the flow part. From the preliminary solution of this problem, to obtain dimensionless energy characteristics, the coefficients A and B are used, taking into account the change in the meridian velocity of the fluid flow in the characteristic sections of the flow part and taking into account the change in the flow pattern depending on the operating parameters. The dependence of the circulation coefficients and the theoretical head of the spatial grid of the impeller on the geometric and operating parameters are found. This dependence can be used for calibration calculations (distribution of meridional and circumferential components of velocity, circulation) during multivariate calculations in CAD.