9900
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образова-
ния «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Февралев А. В.
ИСПЫТАНИЕ КОВШОВОЙ ГИДРОТУРБИНЫ
Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторной работы для обучающихся по дисциплине «Оборудование гидросооружений и гидроэлектро-
станций» направления подготовки 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений» специализации (специальности) Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности
Нижний Новгород ННГАСУ
2016
2
УДК 621.224
Февралев, А. В. Испытание ковшовой гидротурбины [Электронный ресурс]: учеб.- метод. пос. / А. В. Февралев; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 13 с.– 1 электрон. опт. диск (CD-RW)
В пособии рассматривается схема опытной установки, метод испытания и составления характеристик, построения главной универсальной характеристики.
Ключевые слова: ковшовая гидротурбина, испытание, испытательный стенд, характеристики.
Предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисциплине «Оборудование гидросооружений и гидроэлектростанций» направления подготовки 08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений» специализации (специальности) Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности.
© Февралев А. В., 2016 © ННГАСУ, 2016
3
|
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
|
Введение ……………………………………………………… |
………………. |
4 |
|
|
1. |
Опытная установка……………………… |
…………………………………. |
|
5 |
2. |
Метод испытания и составления оборотных характеристик……… |
…… |
. 6 |
|
3. |
Построение главной универсальной характеристики……………… |
……. |
8 |
|
4. |
Материалы отчета об испытании турбины…………………………… |
….. |
10 |
|
5. |
Организация работы в лаборатории……………………………………… |
|
11 |
|
Библиографический список……………………………………………… |
…... |
12 |
||
4
ВВЕДЕНИЕ
Оценить работу турбины теоретически весьма сложно. Поэтому прибега-
ют к разрешению вопроса опытным путем.
В лабораториях производят испытания турбины или ее модели и выра-
жают результаты исследований графиками, называемыми характеристикам турбин.
Настоящая работа относится к ковшовой турбине. Работа делится на сле-
дующие этапы:
1) знакомство с лабораторной установкой, в результате которого состав-
ляется описание установки н ее схематические чертежи;
2)подготовка к испытанию (изучение техники измерений, распределение обязанностей, демонстрация различных режимов работы турбины);
3)испытание ковшовой турбины;
4)обработка материалов испытания.
5)составление отчета об испытаниях.
5
1. ОПЫТНАЯ УСТАНОВКА
Опытная установка, показанная на рис. 1, состоит из следующих основ-
ных частей: рабочего колеса 1; тормоза с колодками 2 и прижимными болтами
3, насаженного на шкив турбины 4; кожуха турбины 5; сопла 6 с иглой 7, при-
водимой регулятором 8; отсекателя 9; мерного водослива 10; турбинного тру-
бопровода 11 с манометром 12; весов 13, соединенных с тормозом при помощи тросика 14, перекинутого через блок 16.
Приступая к выполнению лабораторной работы, студент должен позна-
комиться с конструкцией и работой ковшовой турбины, подлежащей испыта-
нию. В результате такого знакомства может быть составлен чертеж испыта-
тельного стенда (рис.1). Для этого в лаборатории следует выполнить от руки
(не в масштабе) эскизы, затем сделать замеры и проставить их на эскизах. По эскизам вне лаборатории составляются масштабные чертежи.
Рисунок 1 – Схема испытательного стенда
6
2. МЕТОД ИСПЫТАНИЯ И СОСТАВЛЕНИЯ ОБОРОТНЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК
Испытания турбины ведутся при мало меняющемся напоре, который можно считать постоянным; зафиксировав некоторое открытие сопла, можно менять частоту вращения турбины при помощи тормоза. Результаты таких опы-
тов дают данные для непосредственного построения оборотных характеристик турбины [1, 2] – рис. 2.
Рисунок 2 – Оборотные характеристики турбины
а) характеристики η(n), дающей зависимость между частотой вращения n (в ка-
честве независимой переменной) и К.П.Д. турбины η;
б) характеристики N (n), дающей зависимость между частотой вращения n
и мощностью на валу турбины.
Эти характеристики показаны на рис. 2.
При испытаниях турбины ведутся следующие измерения:
- частота вращения турбины n (об/мин) замеряется при помощи тахомет-
ра;
-напор Н, действующий на турбину, определяется по манометру;
-расход воды Q определяется по мерному водосливу, для которого зави-
симость между напором на водосливе h и расходом берется по графику, имею-
щемуся в лаборатории.
|
7 |
Мощность на валу турбины вычисляется по формуле [1, 2]: |
|
N=Mn/975. |
(1) |
Момент, развиваемый турбиной, находится как: |
|
М=Рl, |
(2) |
где l − плечо (см. рис. 1); |
|
Сила торможения Р определяется по показаниям весов. |
|
Коэффициент полезного действия определяется по формуле: |
|
η=102N /(γQН), |
(3) |
где γ=1000 кг/м3 − объемная плотность воды. |
|
Повторив опыты для различных относительных открытий сопла турбины α, можно получить набор оборотных характеристик, которые представляют со-
бой два семейства кривых: η(n, α) и N(n, α). Такие кривые характеризуют рабо-
ту турбины в различных режимах.
Исследования следует вести при 4-х различных открытиях α и для каждо-
го открытия делать замеры при пяти различных частотах вращения – от n= 0 до наибольшего значения (при наименьшей нагрузке).
Результаты испытаний заносятся в бланк, выдаваемый руководителем за-
нятий.
8
3. ПОСТРОЕНИЕ ГЛАВНОЙ УНИВЕРСАЛЬНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Результаты модельных испытаний служат материалом для построения главной универсальной характеристики.
Такая характеристика строится в координатах приведенного расхода Q11 и
приведенной частоты вращения n11 , которые соответствуют турбине, имеющей диаметр рабочего колеса D1 =1 м и испытанной при напоре H=1 м. Поэтому за-
меренные значения n и Q нужно пересчитать по формулам:
Q1 |
= |
Q |
|
|
, |
|
|
|
|||
1 |
|
D2 |
H |
||
|
|
||||
|
|
1м |
(4) |
||
|
|
|
|||
n11 = nD1м , 
H
где D1м=0,33 м – диаметр рабочего колеса испытуемой турбины.
Пересчет удобно выполнять в таблице.
Пересчет результатов испытаний в приведенные значения
Открытие |
|
α=1 |
|
|
α=0,75 |
|
|
α=0,5 |
|
|
α=0,25 |
|
||||||||
сопла |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н, м |
|
10 |
|
|
|
|
10 |
|
|
|
10 |
|
|
10 |
|
|
||||
Q, м3/с |
|
0,0130 |
|
|
0,0095 |
|
|
0,0065 |
|
|
0,0041 |
|
||||||||
n, |
0 |
100 |
|
300 |
500 |
500 |
300 |
|
100 |
0 |
0 |
300 |
|
400 |
500 |
400 |
300 |
|
200 |
0 |
об/мин |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
η, % |
0 |
50 |
|
75 |
56 |
60 |
80 |
|
62 |
0 |
0 |
64 |
|
58 |
20 |
40 |
50 |
|
48 |
0 |
n1 |
0 |
110 |
|
31 |
52 |
52 |
31 |
|
10 |
0 |
0 |
31 |
|
42 |
52 |
42 |
31 |
|
21 |
0 |
1 |
|
|
|
|
||||||||||||||||
об/мин |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
3,82 |
|
|
2,80 |
|
|
1,90 |
|
|
1,20 |
|
||||||||
Q1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
л/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Построение главной универсальной характеристики проводится с помо-
щью графика η( n11 , α) который строится в левом квадранте чертежа (рис. 3). В
правом квадранте проводятся линии Q=const, которым присваиваются соответ-
ствующие значения относительных открытий сопла α. Затем в левом квадранте проводятся линии равных η (например, через 10 %) и точки их пересечения с кривыми равных α переносятся из левого квадранта в правый (рис. 3). Все точ-
ки одинаковых η соединяются кривой. В итоге получается главная универсаль-
ная характеристика (рис. 3).
9
Рисунок 3 – Построение главной универсальной характеристики: а) вспомогательный график; б) главная универсальная характеристика
10
4. МАТЕРИАЛЫ ОТЧЕТА ОБ ИСПЫТАНИИ ТУРБИНЫ
По результатам испытаний составляется отчет, планом которого может служить настоящее пособие.
В отчет помещаются: краткая записка со схемой установки, заполненный бланк испытаний, оборотные характеристики, главная универсальная характе-
ристика.