Гидравлические потери энергии

В гидротурбинах гидравлические потери по природе происхождения можно классифицировать следующим образом:

- путевые и вихревые — эти потери входят в состав внутренних потерь, которые вызваны вязкостью потока и его структурой;

- выходные потери — потери кинетической энергии на выходе из отсасывающей трубы.

С другой стороны, гидравлические потери энергии в реактивной турбине можно классифицировать по месту их происхождения, а именно:

- гидравлические потери в турбинной камере и статоре ξ_ПОДВ,

- направляющем аппарате ξ_НА,

- рабочем колесе ξ_РК,

- отсасывающей трубе ξ_ОТС.

Полные относительные гидравлические потери энергии турбины равны сумме потерь в элементах проточной части

ξ = 1-η_Г = ξ_ПОДВ + ξ_НА + ξ_РК + ξ_ОТС

Предполагают, что потери энергии в турбинной камере вызваны гидравлическими сопротивлениями по длине, и их подсчет основан на соответствующих формулах гидравлики.

В свою очередь, потери энергии в решетках направляющего аппарата и рабочего колеса складываются из:

- профильных потерь,

- вихревых потерь на удар при входе,

- концевых потерь на выходе из решетки.

Профильные потери представляют собой потери трения и давления при обтекании профилей решетки плоским двумерным потоком вязкой жидкости. Так как решетки направляющего аппарата и рабочего колеса обтекаются пространственным потоком, потери энергии в них возрастают из-за наличия вторичных течений.

Концевые потери включают в себя потери на образование индуктивных вихрей на концах лопаток и лопастей, вторичных движений и потери на перемещение пограничного слоя, особенно во вращающейся лопастной системе рабочего колеса.

Гидравлические потери энергии по длине и вихревые потери имеют различную природу и по-разному изменяются при переходе от одного режима к другому.

Потери по длине.

Рассмотрим их пересчет с модели на геометрически подобную натурную турбину при помощи формул первой группы.

Отличие относительных потерь по длине натурной турбины и ее модели объясняется разными значениями их коэффициентов потерь по длине. Действительно, натурная турбина имеет значительно большие размеры D_1Н по сравнению с моделью, поэтому относительная шероховатость обтекаемых потоком поверхностей у натурной турбины меньше, чем у модели. Модельные и натурные гидротурбины работают в зоне развитой турбулентности (Re > 10⁶). Как известно, при таких значениях Re коэффициент потерь по длине зависит только от относительной шероховатости обтекаемых поверхностей λ = f (Δ/D₁), которая меньше у натурной турбины.

Поэтому в зоне автомодельности, λ_Н < λ_М; следовательно, на изогональных режимах относительные потери натурной турбины меньше, чем модели.

Так как проточная часть гидротурбины состоит из сложных криволинейных каналов, то для определения коэффициента пересчета потерь используют эмпирическую зависимость, полученную на основании данных испытаний:

1-η_Н = (1-η_М) ∙

Данная формула предполагает, что все потери в гидротурбине являются потерями по длине.