水輪機(jī)工作原理-文庫吧
2025-07-20 02:34 本頁面
【正文】 混流式；軸流式三、水流運(yùn)動的合成與分解水輪機(jī)中某一點(diǎn)的水流運(yùn)動情況可用該點(diǎn)的速度三角形來描述。速度三角形是流場中同一點(diǎn)的速度與分速度按平行四邊形法則構(gòu)成的向量三角形。轉(zhuǎn)輪進(jìn)，出口處的速度三角形，是研究水輪機(jī)工作過程和進(jìn)行轉(zhuǎn)輪水力設(shè)計(jì)的工具。輪轉(zhuǎn)中的水流運(yùn)動是一種復(fù)雜的運(yùn)動。一方面是水流相對于葉片流動，即相對流動，另一方面是水流隨轉(zhuǎn)輪運(yùn)動，即圓周運(yùn)動或牽連運(yùn)動。轉(zhuǎn)輪中的水流動動可以看成這兩種運(yùn)動的合成。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)可以用下列速度構(gòu)成速度三角形。絕對速度，即在靜止地面上看到的水流速度。相對速度，即隨轉(zhuǎn)輪運(yùn)動時(shí)見到的水流速度。圓周速度，即考察點(diǎn)隨轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動時(shí)的線速度，其數(shù)值為：式中 ——圓周速度（m/s）；——考察點(diǎn)所在圓周直徑（m）；——水輪機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）。若用速度關(guān)系表示，則有： （37）構(gòu)成的速度三角形如圖35圖35 速度三角形在實(shí)際應(yīng)用中為了分析的方便又常把絕對速度沿圓周速度方向和垂直于圓周速度的方向正交分解，可得到兩個(gè)分速度：1．速度的圓周分速度，即絕對速度按正交分解在圓周速度方向的分速度，稱絕對速度圓周分速度。2．軸面速度，即絕對速度按正交分解在軸向平面上的分速度，因在軸平面上，故稱為軸面速度。若用速度關(guān)系表示，則有 （38）構(gòu)成的速度三角形如圖35在轉(zhuǎn)輪的水力設(shè)計(jì)時(shí)，或當(dāng)分析水流在轉(zhuǎn)輪中的流動，常常要應(yīng)用到這兩個(gè)速度分量，圖36表明了速度三角形中各速度的空間相互關(guān)系。圖36 各速度的空間關(guān)系為了便于研究方便，又常將位于某點(diǎn)的水流絕對速度用它的三個(gè)坐標(biāo)分量來表示，如圖36所示 （39）式中 ——轉(zhuǎn)輪內(nèi)某一點(diǎn)水流絕對速度；——該點(diǎn)絕對速度的徑向分量；——該點(diǎn)絕對速度的軸向分量；——該點(diǎn)絕對速度的圓周分量；——該點(diǎn)絕對速度的軸面分量。四、轉(zhuǎn)輪進(jìn)、出口速度三角形水輪機(jī)通過轉(zhuǎn)輪時(shí)，轉(zhuǎn)輪獲得能量的大小主要取決于水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪進(jìn)，出口其運(yùn)動狀態(tài)的變化，而速度三角形實(shí)質(zhì)上表征著水輪機(jī)的工作狀態(tài)，因此有必要研究轉(zhuǎn)輪的進(jìn)出口速度三角形。圖37 混流式轉(zhuǎn)輪進(jìn)、出口速度三角形圖37給出了混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的進(jìn)出口速度三角形，對位于轉(zhuǎn)進(jìn)水邊某一點(diǎn)的水流速度三角形，可以根據(jù)如下條件求出：1．圓周速度 （310）式中 ——進(jìn)口邊上計(jì)算點(diǎn)處的圓周速度（m/s）； ——考察點(diǎn)所在圓周直徑（m）；——水輪機(jī)轉(zhuǎn)速r/min。2．軸面速度 （311）式中 ——水輪機(jī)過流量；——水輪機(jī)容積效率；——考察點(diǎn)處的過水?dāng)嗝婷娣e。為了求得通過考察點(diǎn)（如圖38的點(diǎn)）的過水?dāng)嗝婷娣e，可在軸面上作出通過該點(diǎn)與軸面水流線（等）垂直的線段，并以為母線的旋轉(zhuǎn)面積就是，由古魯金定理： （312）式中 ——線段的重心所在圓半徑；——線段的長度。 圖38 軸面水流的過水?dāng)嗝嬖谑剑?12）中，若考慮由于葉片厚度對水流的排擠，則實(shí)際軸面水流過水?dāng)嗝婷娣e為： （313）式中 ——轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)水邊厚度；——轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)目；——為，轉(zhuǎn)輪進(jìn)口葉片排擠系數(shù)。葉片占據(jù)過水?dāng)嗝嬖蕉?，系?shù)越小。若不考慮葉片排擠，或假設(shè)葉片無限薄時(shí)，=1。3．絕對速度的方向，即之間的夾角，對應(yīng)用較高水頭的低比轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī)而言，轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)水邊接近導(dǎo)葉出水邊，轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口的絕對水流角，可認(rèn)為近似等于導(dǎo)葉出口水流角；對于中、高比轉(zhuǎn)速，應(yīng)用水頭較低的混流式水輪機(jī)和軸流式水輪機(jī)，從導(dǎo)葉出口至轉(zhuǎn)輪進(jìn)口這一區(qū)域，可應(yīng)用動量矩定理，證明其速度矩保持不變，則：式中 ——導(dǎo)葉出口處水流速度的圓周分量；——導(dǎo)葉出水邊所在圓直徑；——轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)水邊計(jì)算點(diǎn)處的水流絕對速度的圓周分量；——轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)水邊上計(jì)算點(diǎn)所在圓直徑。另外，利用導(dǎo)葉出口速度三角形，如圖39可確定圖39 軸流式轉(zhuǎn)輪的進(jìn)、出口速度三角形因此 （314）式中 ——水輪機(jī)過流量；——導(dǎo)葉高度；——導(dǎo)葉出口水流角。根據(jù)上述三個(gè)條件即可作出轉(zhuǎn)輪進(jìn)口某點(diǎn)的速度三角形。利用此速度三角形，可求得其它的一些速度量值，如?；炝魇睫D(zhuǎn)輪出口速度三角形也可根據(jù)下列三個(gè)條件作出：1．圓周速度 （315）式中——轉(zhuǎn)輪葉片出水邊某計(jì)算點(diǎn)所在圓直徑。2．軸面速度 （316）或 （317）式中 ——轉(zhuǎn)輪出口葉片排擠系數(shù)；——轉(zhuǎn)輪葉片出水邊計(jì)算點(diǎn)的過水?dāng)嗝婷娣e，計(jì)算方法同。3．相對速度的方向，即與的夾角。這是按葉片無限薄假定出
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