Методы расчета спиральной камеры.

При φ > 180^◦, метод обеспечивает получение высокоэффективных, компактных СК, несмотря на фактическое отсутствие осевой симметрии потока в подводящей части.

2. Расчет по условию постоянства средних окружных скоростей. Расчет СК выполняется в предположении, что средняя окружная скорость потока в поперечных сечениях турбинной камеры постоянна: 1 v_{U ср}= const.

1. Показатели турбины и условия работы не зависят от формы поперечных сечений, которые выбираются конструктивно. Форма поперечного сечения не влияет на величину допустимой средней скорости потока.

2. Окружная или циркуляционная скорость в любой точке подчиняется закону: v_U ∙ r= const = К ,

где К - постоянная спирали.

3. Вода должна подаваться равномерно по всей окружности на­правляющего аппарата, поэтому радиальная составляющая скорости при входе в направляющий аппарат предполагается постоянной и равной:

где Q₀ - расчетный расход воды через турбину, м³/с (при N_РАСЧ., Н_РАСЧ.);

D_b - диаметр окружности, проходящий через выходные кромки колонн статора, м.

При равномерном распределении расхода по окружности направляющего аппарата, и при любом φ_СПi :

(7.0)

Порядок расчета:

1. Задаемся углом охвата φ и формой поперечных сечений СК, учитывая при этом напор, тип турбины, конструктивные особенности.

2. По заданной расчетной мощностиN_Р и расчетному напору Н_Р; определяем расход через турбину Q₀.

3. По заданному напору и типу СК определяется величина средней скорости на входе v_ВХ, м/с.

Значение средней скорости v_ВХ, и скоростного коэффициента 1

во входном сечении спиральной камеры принимают в зависимости от напора турбины, (рис. 7.6 или 7.8).

Рисунок 7.6. Рекомендуемые значения скорости и скоростного коэффициента во входном сечении спиральной камеры: а - осевые турбины; б - радиально-осевые турбины.

4. Определяется требуемая площадь входного сечения F_ВХ (7.1). и его размеры. Площадь входного сечения выбирается по величине средней скорости v_ВХ и расходу во входном сечении:

, где Q_ВХ = (7.1)

5. Проводится гидромеханический расчет, т.е. определяются размеры, положение промежуточных сечений и строится план спирали.

Правильность расчета проверяется плавностью построенного графика φ_СП = f (R_i).

Рисунок 7.7. К расчету спиральных камер. Обозначение расчетных размеров. Меридиональное сечение спиральной камеры.

Рисунок 7.8. График для определения средних скоростей во входном сечении СК при расчетных значениях мощности и напора.

Содержание гидромеханического расчета:

1. Задаемся углом охвата спиральной камеры по таблице 7.2. Приняв скорость потока во входном сечении v_ВХ по графику (рис. 7.6 или 7.8), вычисляем по выражению (7.1) площадь входного сечения F_ВХ для выбранной формы СК.

2. Для обеспечения равномерного подвода воды по всему периметру направляющего аппарата, значения расхода воды через поперечные сечения спиральной камеры должны быть определены согласно выражению (7.0):

С другой стороны, в сечении 0 - i, в точке М потока в спиральной камере скорость v может быть разложена на две составляющие: радиальную v_r и окружную (циркуляционную) v_u, направленную перпендикулярно к радиусу (рис. 7.7).

Угол потока δ (угол натекания потока к окружному направлению) образованный логарифмической спиралью с радиус-вектором, проходящим через любую ее точку, будет величиной постоянной и его .

Здесь выделим элементарную площадку шириной dr на расстоянии r от оси вращения. Тогда элементарный расход dQ можно выразить как:

,

где v_U = k / r. Полный расход Q_i через любое сечение i СК может быть определен по формуле:

, (7.2)

где r_b - радиус расположения входных кромок колонн статора, r_i - наружный радиус i сечения.