水輪機(jī)工作原理-展示頁(yè)
2024-08-19 02:34本頁(yè)面
【正文】 中表示出混流式與軸流式中水流運(yùn)動(dòng)的比較。由這些流線繞軸旋轉(zhuǎn)構(gòu)成的回轉(zhuǎn)面稱流面。而在軸流式水輪機(jī)中，則在轉(zhuǎn)輪葉片流道前基本完成的。但當(dāng)水流離開(kāi)導(dǎo)葉后，進(jìn)入轉(zhuǎn)輪前，以及在轉(zhuǎn)輪區(qū)域內(nèi)，兩種機(jī)型的水流流動(dòng)方向有著明顯的不同。這是使用軸面投影的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)混流式水輪機(jī)而言，由于軸平面與轉(zhuǎn)輪上冠，下環(huán)正交，因此，在其軸面投影圖上，上冠，下環(huán)的投影線為實(shí)際的輪廓形狀?；炝魇睫D(zhuǎn)輪在某個(gè)軸平面上的投影稱為轉(zhuǎn)輪的軸面投影。由，組成的平面稱子午平面，因它通過(guò)水輪機(jī)的軸心線，故又稱為軸平面。為水輪機(jī)軸向方向，為徑向，為圓周方向（切向）。為了研究這種水流運(yùn)動(dòng)，一般采用圓柱坐標(biāo)系。二、轉(zhuǎn)輪中的水流運(yùn)動(dòng)水流通過(guò)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪流道時(shí)，一方面隨轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，同時(shí)又沿著彎曲的轉(zhuǎn)輪葉片作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。可是在實(shí)際中，水輪機(jī)的蝸殼斷面大多不是等高的。因此，蝸殼內(nèi)的水流流線呈對(duì)數(shù)螺線狀。設(shè)該點(diǎn)速度與圓周方向夾角為，則： （34）又因水流沿圓周方向均勻進(jìn)入水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)輪，故： （35）式中 ——計(jì)算點(diǎn)距水輪機(jī)軸線的距離；——蝸殼高度；——通過(guò)水輪機(jī)流量。并且，水流速度沿蝸殼斷面高度方向均勻分布。蝸殼中水流流線的特點(diǎn)。為了提高機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性，使蝸殼中的水流能均勻地，軸對(duì)稱地進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)械及轉(zhuǎn)輪，要求通過(guò)蝸殼各斷面的流量均勻地減小。由式32可知，蝸殼中距水輪機(jī)軸線半徑相同的各點(diǎn)，其水流切向速度相等；蝸殼中距水輪機(jī)軸線半徑不同的點(diǎn)，其切向速度與半徑成反比。即蝸殼內(nèi)水流速度，壓力等運(yùn)動(dòng)要素有：。2．蝸殼內(nèi)壁是光滑的，認(rèn)為蝸殼中的水流運(yùn)動(dòng)是無(wú)旋流動(dòng)。 圖31 蝸殼中的水流運(yùn)動(dòng)實(shí)踐證明，水輪機(jī)按“等速度矩規(guī)律”設(shè)計(jì)的蝸殼性能較好。即位于蝸殼內(nèi)任一點(diǎn)水流速度的切向分量與該點(diǎn)距水輪機(jī)軸線的半徑的乘積不變。這兩種規(guī)律是：1．蝸殼斷面的平均速度周向分量為常數(shù)的規(guī)律 （31）式中為蝸殼進(jìn)口斷面的水流速度。關(guān)于蝸殼中的水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律，一般認(rèn)為有兩種形式。蝸殼的水力設(shè)計(jì)就是以完成蝸殼的上述任務(wù)為前提。第三章 水輪機(jī)工作原理本章教學(xué)要求：1． 了解水流在反擊式水輪機(jī)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；2． 熟練掌握水輪機(jī)的速度三角形及其作用；3． 熟練掌握水輪機(jī)的基本方程極其意義；4． 掌握水輪機(jī)效率的定義；5． 掌握水輪機(jī)在最優(yōu)工況、非最優(yōu)工況下的運(yùn)行特點(diǎn)。第一節(jié) 水流在反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪中的運(yùn)動(dòng)一、蝸殼中的水流運(yùn)動(dòng)反擊式水輪機(jī)蝸殼的主要作用是以最小的水力損失把水流引向轉(zhuǎn)輪前的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，并使水流能均勻而軸對(duì)稱地進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，同時(shí)，讓水流具有一定的速度環(huán)量，以提高作用于工作輪上的有效水能及轉(zhuǎn)輪的運(yùn)行穩(wěn)定性。而蝸殼中的水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律又取決于蝸殼的內(nèi)壁輪廊線，故蝸殼內(nèi)壁輪廓線的形狀控制了蝸殼內(nèi)的水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律。根據(jù)設(shè)計(jì)者的意圖，設(shè)計(jì)出來(lái)的蝸殼形狀也稍有不同。2． 蝸殼中水流按等速度矩規(guī)律運(yùn)動(dòng)。 （32）式中 ——某一點(diǎn)水流速度的圓周分量，見(jiàn)圖31所示；——研究點(diǎn)距水輪機(jī)軸線的半徑?！暗人俣染亍币?guī)律對(duì)蝸殼中的水流運(yùn)動(dòng)作如下假設(shè)：1．忽略水流粘性及與管壁的磨擦損失。3．蝸殼中的水流運(yùn)動(dòng)是以水輪機(jī)軸為對(duì)稱的運(yùn)動(dòng)。因此，蝸殼內(nèi)的水流運(yùn)動(dòng)為理想液體作軸對(duì)稱流動(dòng)。蝸殼中各斷面所通過(guò)流量變化規(guī)律。設(shè)通過(guò)水輪機(jī)的全部流量為，則通過(guò)蝸殼任一斷面的流量，為： （33）式中——自蝸殼鼻端至任一蝸殼計(jì)算斷面包圍的角度。為研究蝸殼中水流流線的特點(diǎn)，假設(shè)蝸殼各斷面高度相等。由圖31可知，蝸殼中任一點(diǎn)水流速度，可分解為切向速度和徑向速度。由式（32）、（34）、（35）可得 （36）當(dāng)水頭和流量一定時(shí)，則為常數(shù)。另外，當(dāng)一定時(shí)，即在給定蝸殼中，若流量改變時(shí)，蝸殼中任一點(diǎn)水流速度的大小也隨之改變（與均與成正比例變），但的方向始終恒定不變，始終以一個(gè)方向進(jìn)入座環(huán)支柱。所以，嚴(yán)格講，蝸殼中的水流流線并不是等角螺線，蝸殼中任一點(diǎn)的水流速度方向也并非始終不變。因此，轉(zhuǎn)輪中的水流形成一種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。坐標(biāo)系統(tǒng)選擇如圖32所示。此切向垂直于由徑向及軸向所構(gòu)成的平面。圖32中陰影部分即為某個(gè)軸平面。但此投影與一般制圖上的所謂正投影不同，它是轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)、出水邊以其相應(yīng)的半徑旋轉(zhuǎn)到某同一軸平面上再投影。而葉片進(jìn)、出水邊在軸面上的投影線保持了真實(shí)的徑向尺寸。葉片的軸面投影如圖33所示：圖32 轉(zhuǎn)輪的圓柱坐標(biāo)系圖33 轉(zhuǎn)輪的軸面投影圖水流在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中的流動(dòng)基本上是沿垂直于水輪機(jī)軸心線的徑向方向流動(dòng)。這種流動(dòng)方向的改變，在混流式水輪機(jī)中是在轉(zhuǎn)輪葉片流道中完成的。因此，混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪中水流流線是曲線，而在軸流式轉(zhuǎn)輪中的軸面流線則近似為與軸線平行的直線?；炝魇睫D(zhuǎn)輪中的水流流面呈花籃形，軸流式則近似為圓柱表面。在轉(zhuǎn)輪流道中，從上冠到下環(huán)的范圍內(nèi)有無(wú)限多的流面，水流質(zhì)點(diǎn)就在這些流面上運(yùn)動(dòng)。分析水流在轉(zhuǎn)輪中的流道就是在這樣的一些展開(kāi)面上進(jìn)行的。速度三角形是流場(chǎng)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。輪轉(zhuǎn)中的水流運(yùn)動(dòng)是一種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。
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