Вихревые потери

Вихревые потери в гидротурбине вызваны отрывом пограничного слоя от обтекаемых поверхностей и образованием вихрей при движении воды в турбинной камере, направляющем аппарате, рабочем колесе и отсасывающей трубе. Наибольшее вихреобразование в потоке имеет место на входе и выходе из рабочего колеса и в отсасывающей трубе, особенно на нерасчетных режимах. Соотношение между вихревыми потерями в рабочем колесе и отсасывающей трубе существенно зависит от быстроходности турбины и режима работы. Потери на удар и концевые потери особенно велики в рабочих колесах с неповоротными лопастями (РО и Пр). На рисунке 3.2 изображены различные открытия направляющего аппарата при изменении расхода через турбину.

Рисунок 3.2. Потери на удар на входе в рабочее колесо радиально-осевой гидротурбины, а – вход на рабочее колесо, б – выход из рабочего колеса.

При увеличении расхода абсолютная скорость на входе в рабочее колесо меняет величину и направление (V"₁ > V₁); при уменьшении расхода скорость падает (V^I₁ < V₁).

Из гидромеханики известно, что при обтекании крыла вязким потоком возникает сила лобового сопротивления и для ее преодоления надо затратить часть напора:

h_В = С_Х ∙ (f / F) ∙ (v² / 2gH)

где С_Х - коэффициент полного сопротивления крыла, f и F – площади поперечного сечения профиля и потока.

Согласно опытным данным, величина C_Х при достаточно больших значениях чисел Re потоков не зависит от размеров обтекаемых тел и определяется только их формой. Таким образом, можно принять, что относительные вихревые потери модели и натурной турбины не зависят от их размеров и не подлежат пересчету.

Из изложенного следует, что гидравлические потери в турбине состоят из пересчитываемых потерь по длине h_П.Д. / Н и вихревых (кинетических) потерь 1 — h_П.Д. / Н, которые не изменяются при переходе от модели к натурной гидротурбине и зависят от режима работы.

Принцип разделения гидравлических потерь на пересчитываемые и непересчитываемые лежит в основе применяемых в настоящее время формул определения КПД натурных турбин по данным испытаний подобных моделей.