Турбина в разрезе
8 (495) 920-03-38
Обратная связь
Я согласен с политикой конфиденциальности
Метро Тушинская
+7 (495) 120-34-97
Метро Ботанический сад
+7 (495) 640-52-73
Метро Новогиреево
+7 (495) 920-03-38
Обратная связь
Цены на ремонт турбин
Ремонт турбин
на любой автомобиль
Сеть сервисных центров в Москве и РФ
Выберите марку и модель автомобиля:
Найдите свою запчасть
Alfa-RomeoAlpinaAudiBentleyBMWCadillacCase-IHChevroletChryslerCitroenCumminsDaciaDAFDaihatsuDeutzDodgeFiatFordGMHinoHondaHyundaiIsuzuIvecoJaguarJeepJohn-DeereKHDKIAKomatsuKubotaLanciaLand-RoverMackMANMazdaMercedes-LKWMercedes-NFZMercedes-PKWMitsubishiMTUNew-HollandNissanOpelPerkinsPeugeotPorscheRenaultrenault-LKWRoverSaabScaniaSeatSkodaSmart-MCCSsang-YongSubaruSuzukiToyotaValtraVolkswagenVolvo-LKWVolvo-PentaVolvo-PKWYanmarZetor
В связи с колебаниями курса рубля просьба уточнять цены у менеджеров по факту на день обращения!
- Улитка компрессора
- Колесо компрессора
- Система подшипников скольжения
- Улитка турбины
- Колесо турбины
Основные причины выхода турбины из строя
Попадание в турбину инородных предметов
Недостаточная смазка
Загрязнение масла
Превышение частоты вращения и температуры
Ремонт турбин в Москве
Признаки сбоя работы турбины:
- на высоких оборотах турбина работает с воем или свистом;
- заметно повышается расход масла или топлива;
- идет черный дым или появляется сажа у автомобиля с дизельным двигателем;
- при работе бензинового или дизельного двигателя появляется сизый дым.
Этапы работ по ремонту турбин:
- Полная разборка турбин для определения неисправности.
- Очистка деталей корпуса и колес.
- Замена подшипников и уплотнителей.
- Проверка работоспособности других деталей и их замена при необходимости.
- Балансировка турбинного ротора на стенде.
- Балансировка картриджей и контроль утечки масла.
Неисправность турбин возникает из-за:
- случайно попавших в корпус компрессора или турбину мелких предметов;
- недостаточного уровня смазки;
- использования масла плохого качества или его загрязнения;
- слишком высокой частоты работы вращения;
- повышенной температуры.
Процесс ремонта турбины
1 ШАГ. Диагностика турбокомпрессора.
- Осуществление диагностики для выявления работоспособности турбокомпрессора, которая проводится в присутствии заказчика;
- При исправности агрегата никаких ремонтных работ не производится, а владельцу рекомендуются методы бережной эксплуатации для продления срока службы турбокомпрессора.
2 ШАГ. Дефектовка турбокомпрессора.
- Проведение дефектовки на наличие неисправностей, приведших к поломке;
- Установка уровня изношенности деталей и частей турбокомпрессора;
- Определение степени сложности и условий ремонта.
3 ШАГ. Ремонт и замена запасных частей.
- Замена или наладка частей и деталей механизма;
- Испытание работоспособности блока управления;
- Промыв и очистка деталей турбин пескоструйным способом;
- Обследование состояния вала ротора, рабочего колеса, среднего корпуса.
4 ШАГ. Сборка и настройка турбины.
- Обратная сборка деталей и общая настройка агрегата;
- Стендовая проверка работоспособности турбокомпрессора при 100-200 тыс. об/мин.;
- Полная сборка агрегата, с последующей настройкой функционирования актуатора и геометрии.
Новости / акции
Смотреть все
1-09-2022 12:00
Новые поступления
Поступление нового оборудования для ремонта турбин на сервис м. Медведково.
Подробнее..
1-08-2022 12:30
Новые поступления
Поступление оригинальных запчастей Garret для ремонта турбин.
Подробнее..
1-07-2022 12:30
Новые поступления
Поступление запчастей для ремонта турбин Cummins.
Подробнее..
Остались вопросы?
Оставьте заявку на звонок и мы с вами свяжемся.
ПАРОВАЯ ТУРБИНА • Большая российская энциклопедия
ПАРОВА́Я ТУРБИ́НА, турбина, в которой в качестве рабочего тела используется водяной пар; служит для преобразования тепловой энергии пара в механич. работу. В отличие от паровой машины, в П. т. используют не потенциальную, а кинетич. энергию пара. Осн. назначение П. т. – привод (первичный двигатель) для генераторов электрич. тока на тепловых и атомных электростанциях. П. т. и электрогенератор составляют турбоагрегат.
Конструкция паровых турбин
Схематический продольный разрез активной паровой турбины с тремя ступенями давления: 1 – кольцевая камера свежего пара; 2 – сопла первой ступени; 3 – лопатки первой ступени; 4 – сопла второй ступени; …
П. т. состоит из двух осн. частей – ротора с лопатками (подвижная часть турбины) и статора с соплами (неподвижная часть). Поток пара, образующийся в паровом котле, под высоким давлением поступает через направляющие (статор с соплами) на криволинейные лопатки турбины, закреплённые по окружности ротора, и, воздействуя на них, приводит ротор, закреплённый на одном валу с электрогенератором, во вращение (происходит преобразование тепловой энергии пара в механич. работу). Каждый ряд направляющих и лопаток называется ступенью турбины (как правило, П. т. имеет неск. ступеней). Корпус П. т. с несколькими ступенями давления разделяют диафрагмами на отд. камеры, в каждой из которых помещён один из дисков с лопатками (рис.). Пар может проникать из одной камеры в другую только через сопла, расположенные по окружности диафрагм. Давление пара снижается после каждой ступени, а скорости истечения пара остаются примерно одинаковыми, что достигается выбором соответствующих размеров сопел.
Роторы П. т., предназначенные для привода электрич. генераторов, работающих на электрич. сеть, имеют фиксированную частоту вращения – 3000 об/мин в России и 3600 об/мин в США и др. странах. Роторы П. т., предназначенных для др. потребителей мощности, могут иметь др. частоту вращения, соответствующую характеристикам оборудования потребителя (напр. , транспортные турбины). Давление и темп-ра пара перед турбиной определяются её назначением.
Мощные П. т. имеют сложную конструкцию и большие размеры (см. рис. к ст. Конденсационная турбина). Длина всего агрегата может достигать 30 м. П. т. располагается на фундаменте, представляющем собой многоопорную жел.-бетон. конструкцию, опирающуюся на общую фундаментную плиту. Конструкция П. т. разделяется на неск. цилиндров (частей) – высокого давления (ЦВД), среднего давления (ЦСД) и низкого давления (ЦНД). Обычно мощная П. т. имеет один ЦВД, один или два ЦСД и неск. ЦНД. Пар поступает в турбину, проходит через ЦВД последовательно все ступени, далее через ЦСД (одним или двумя параллельными потоками), затем, разветвляясь ещё на неск. параллельных потоков, проходит ЦНД и сбрасывается в конденсатор. Разветвление потоков перед конденсатором необходимо для увеличения единичной мощности турбины, т. к. однопоточная турбина может вырабатывать ограниченную мощность, которая зависит от длины рабочих лопаток последней ступени. Для обеспечения надёжной эксплуатации П. т. оснащается системой безопасности, предотвращающей возникновение и развитие аварийных ситуаций. Осн. преимущества П. т.: высокая единичная мощность, широкий диапазон мощностей, высокий ресурс работы. Недостатки П. т.: высокая инерционность (долгое время пуска и останова), дороговизна строительства и ремонта. В П. т., используемых на ТЭС, давление пара может достигать 24 МПа и более, темп-ра – 545–600 °C; мощности П. т., работающих на ТЭС, – до 1200 МВт, АЭС – до 1900 МВт. Кпд современных П. т. достигает 40–42%.
Классификация паровых турбин
По принципу действия выделяют активные турбины и реактивные турбины. По количеству ступеней П. т. подразделяют на одноступенчатые и многоступенчатые турбины. В одноступенчатой П. т. не удаётся достаточно полно использовать энергию пара, поэтому совр. П. т. строят многоступенчатыми. По направлению потока рабочего тела выделяют осевые (аксиальные) П. т. (направление потока совпадает с направлением оси ротора, наиболее распространённый тип П. т., используемых для привода электрогенераторов) и радиальные П. т. (поток осуществляется в радиальном направлении либо от оси ротора к периферии дисков, либо наоборот – от периферии к оси). В зависимости от давления пара П. т. бывают: низкого (не выше 0,9 МПа), среднего (не выше 4 МПа), высокого (9–14 МПа) и сверхкритич. давления (24 МПа и более).
В зависимости от характера теплового процесса П. т. подразделяют на 3 группы: конденсационные турбины, теплофикационные и спец. назначения.
Теплофикационные П. т. служат для одноврем. получения электрич. и тепловой энергии. Осн. конечный продукт таких П. т. – теплота. ТЭС, на которых установлены теплофикационные П. т., называются теплоэлектроцентралями. К теплофикационным П. т. относятся турбины с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением. У турбин с противодавлением отсутствует конденсатор. Отработавший пар, имеющий давление выше атмосферного, поступает в спец. сборный коллектор, откуда направляется к тепловым потребителям для технологич. целей (варка, сушка, отопление и др.). В турбинах с регулируемым отбором часть пара отводится из первой или второй промежуточных ступеней, а остальной пар идёт в конденсатор. Давление отбираемого пара на всех режимах работы турбоагрегата автоматически поддерживается постоянным или же регулируется в заданных пределах, с тем чтобы потребитель получал пар определённого качества. Существует два вида тепловых потребителей: промышленные, где требуется пар с давлением до 1,3–1,5 МПа (производств. отбор), и отопительные, с давлением 0,05–0,25 МПа (теплофикационный отбор). Если требуется пар как производственного, так и отопит. назначения, то в одной турбине могут быть осуществлены два регулируемых отбора; место отбора (ступень турбины) выбирают в зависимости от нужных параметров пара. У турбин с отбором и противодавлением часть пара отводится из первой или второй промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного патрубка в отопит. систему или к сетевым подогревателям.
П. т. специального назначения обычно работают на отбросном тепле металлургич., машиностроит. и химич. предприятий. К ним относятся П. т. «мятого пара», с промежуточным подводом пара (турбины двух давлений) и предвключённые. П. т. «мятого пара» используют отработавший пар низкого давления после технологич. процессов (пар поршневых машин, паровых молотов и прессов), который по к.-л. причинам не может быть использован для отопит. или технологич. нужд. Давление такого пара обычно несколько выше атмосферного, и он направляется в спец. конденсац. турбину (турбину «мятого пара»). П. т. двух давлений работают как на свежем, так и на отработавшем паре паровых механизмов, подводимом в одну из промежуточных ступеней. Предвключённые П. т. представляют собой турбины с высоким начальным давлением и высоким противодавлением; весь отработавший пар этих П. т. направляют далее в обычные конденсационные турбины.
Историческая справка
Первое устройство, приводимое в движение паром (эолипил), было описано Героном Александрийским. В России П. Д. Кузьминский в нач. 1890-х гг. построил и опробовал судовую П. т. собств. конструкции.
П. т. получила практич. применение лишь в кон. 19 в., когда такие отрасли, как термодинамика, машиностроение и металлургия, достигли необходимого уровня. К. Г. П. де Лаваль (1878) и Ч. А. Парсонс (1884) создали первые промышленно пригодные паровые турбины. В П. т. Парсонса использован принцип поступенчатого расширения пара, который лежит в основе конструкции совр. паровых турбин.
В Европе П. т. получили всеобщее признание в качестве привода электрогенераторов только с 1899, когда на электростанции г. Эльберфельд (Германия) впервые были применены две П. т. Парсонса мощностью по 1000 кВт каждая.
В дореволюц. России строились как стационарные, так и судовые П. т. Особенно большие успехи были достигнуты рос. конструкторами и технологами в 1910–14 в проектировании и изготовлении П. т. для крупных воен. кораблей. Впервые отеч. стационарные П. т. построили на металлич. заводе в С.-Петербурге (позднее Ленингр. металлич. завод, ЛМЗ), на котором в 1907 изготовили П. т. для привода электрогенератора мощностью 200 кВт. В 1937 на ЛМЗ выпущена первая конденсационная двухцилиндровая одновальная турбина мощностью 100 МВт; в 1977 построена и сдана в эксплуатацию самая крупная отеч. конденсационная турбина мощностью 1200 МВт. Начиная с 1964 в СССР освоен выпуск П. т. для АЭС.
Поперечное сечение турбины Фрэнсиса
ИсторияТурбина Фрэнсиса была изобретена Джеймсом Б. Фрэнсисом в 1850-х годах. Водяные колеса использовались для выполнения полезной работы более 1000 лет, но они были неэффективны. Джеймс Фрэнсис применил математические принципы при проектировании турбины Фрэнсиса и создал турбину с КПД более 90%.
Сечение турбины Фрэнсиса
Хотя в настоящее время доступны различные варианты турбины Фрэнсиса, основные принципы работы остаются такими же, как и те, которые использовались более 100 лет назад. По мере роста электроэнергетики за последние 150 лет турбина Фрэнсиса смогла конкурировать с другими первичными двигателями с точки зрения стоимости, что привело к ее широкому использованию во многих областях.
Различные варианты турбин Фрэнсиса
ВведениеБлагодаря своей универсальной конструкции турбины Фрэнсиса подходят для широкого диапазона давлений и скоростей потока. Благодаря такому широкому рабочему диапазону, Турбина Фрэнсиса является наиболее распространенным типом гидроэлектростанций, используемых сегодня .
Рабочее колесо Фрэнсиса может работать как в качестве гидравлического насоса , так и в качестве гидравлической турбины . Это уникальная особенность по сравнению с другими распространенными рабочими колесами на гидроэлектростанциях, такими как рабочие колеса Kaplan и Pelton . В гидроаккумулирующих электростанциях используются исключительно бегуны Фрэнсиса из-за этой уникальной особенности.
КПД турбин Фрэнсиса часто превышает 90% при соблюдении правильных условий эксплуатации. Этот КПД не снижается до тех пор, пока нагрузка не станет ниже 40%.
Теория работыТурбины Фрэнсиса преобразуют потенциальную энергию в механическую энергию . Этот тип турбины классифицируется как реактивная турбина, поскольку она работает в системе давления и опирается на непрерывный поток воды от стороны всасывания до стороны нагнетания турбины.
СтроительствоТурбина Фрэнсиса состоит из ряда лопастей , установленных между короной рабочего колеса и лентой рабочего колеса. Зазоры между лопастями позволяют воде течь от внешней периферии желоба к внутренней части желоба; этот тип потока известен как радиальный поток.
Турбинный канал Francis
Спиральный корпус , также известный как спиральный корпус , используется для обеспечения равномерного потока воды по всему рабочему каналу. Равномерный поток достигается благодаря постепенно уменьшающейся площади поперечного сечения корпуса. По мере уменьшения площади поперечного сечения скорость воды в корпусе сохраняется, и на рабочее колесо подается равномерный поток воды.
Кожух спиральной турбины Фрэнсиса
Направляющие лопатки направляют воду к рабочему колесу. Назначение направляющих лопаток состоит в том, чтобы преобразовать потенциальную энергию воды в кинетическую энергию и направить воду в рабочее колесо под оптимальным углом.
Отсасывающая труба используется для преобразования части кинетической энергии сбрасываемой воды обратно в энергию давления. Это преобразование увеличивает общий КПД турбины.
Как работают турбины ФрэнсисаПриведенное ниже видео является выдержкой из нашего онлайн-видеокурса «Введение в гидроэлектростанции» .
youtube.com/embed/skQNf5_61Ps?rel=0″ tabindex=»-1″>
Вода подается по водоводу под давлением, известному как водовод . Вода движется по спиральному корпусу и проходит через направляющие лопатки. Направляющие лопатки преобразуют потенциальную энергию воды в кинетическую энергию, а также могут использоваться для запуска, остановки и регулирования потока к рабочему колесу.
Вода поступает в желоб Фрэнсиса радиально , протекая снаружи внутрь желоба. Затем вода сливается вниз из основания бегунка; этот тип потока известен как осевой поток из-за того, что поток движется параллельно валу бегунка.
Поперечное сечение турбины Фрэнсиса
Поскольку поток является радиальным на входе и осевым на выходе, турбины Фрэнсиса классифицируются как со смешанным потоком турбины.
Вытяжная труба преобразует часть оставшейся кинетической энергии воды в потенциальную энергию; затем вода сбрасывается в отвод .
Производство электроэнергииКогда вода течет по желобу, лопасти преобразуют потенциальную энергию воды в механическую энергию. Механическая энергия прикладывается в виде крутящего момента к основному валу бегунка, и вал начинает вращаться.
А общий вал соединяет бегунок с генератором , поэтому, когда бегунок вращается, вращается и ротор генератора. Ротор генератора вращается в электромагнитном поле, поскольку ротор движется через магнитное поле, в обмотках статора генератора индуцируется ток, в этот момент механическая энергия, подаваемая бегунком Фрэнсиса, преобразуется в электрическую энергию. Электроэнергия теперь может передаваться через национальную сеть конечным потребителям.
Весь процесс производства электроэнергии является непрерывным, что приводит к постоянной, возобновляемой и надежной форме производства электроэнергии.
Как работают гидроаккумулирующие электростанцииПриведенное ниже видео является выдержкой из нашего онлайн-видеокурса «Введение в гидроэлектростанции» .
См. нашу статью о накачиваемом хранилище для получения более подробной информации.
Дополнительные ресурсы
https://en.wikipedia.org/wiki/Francis_turbine
https://theconstructor.org/practical-guide/francis-turbines-components/29s-application00
https://lesics.com/how-does-francis-turbine-work.html
https://blog.gridpro.com/understanding-the-flow-through-francis-turbine
Понимание потока Через турбины Фрэнсиса
Рис. 1: Структурированная многоблочная сетка турбин Фрэнсиса.
1600 слов / 8 минут чтения
Это первая статья из серии из 4 частей, посвященной гидравлическим турбинам :
Часть 1. Понимание потока через турбину Фрэнсиса.
Часть 2 – Кавитация в турбинах.
Часть 3 – Влияние сеток на гидротурбину CFD.
Часть 4. Исследование конвергенции сети для Francis Turbine – с точки зрения программного обеспечения для построения сетки.
Гидравлические турбины уже более двух столетий используются для получения энергии из воды. Исторически на начальном этапе своего применения водяные турбины широко использовались для промышленного производства электроэнергии. Позже, с появлением электрических сетей, они стали популярными в качестве устройств для выработки электроэнергии.
Существует множество типов гидравлических турбин; наиболее распространенными являются турбины Пельтона, турбины Фрэнсиса и турбины Каплана. Хотя все три типа турбин предназначены для извлечения энергии из воды, они различаются по своему рабочему механизму и условиям эксплуатации.
Эта статья является первой в серии статей о гидравлических турбинах , охватывающих различные аспекты, такие как разница между турбинами Пелтона-Фрэнсиса-Каплана, рабочий механизм и возмущения потока в турбинах Фрэнсиса.
Рисунок 2: а. Турбина Пелтона. б. Турбина Фрэнсиса. в. Турбина Каплана. Пелтон-Фрэнсис-Каплан — Чем они отличаются?Одним из поразительных отличий является механизм, с помощью которого в турбине создается вращающее усилие. В турбинах Пельтона чистая импульсная сила водяной струи вращает рабочее колесо. Напротив, в турбинах Каплана сила является чисто реактивной. Перепад давления, создаваемый вокруг лопастей, создает подъемную силу, которая приводит в движение рабочее колесо. С другой стороны, как импульс, так и подъемная сила в турбинах Фрэнсиса способствуют выработке электроэнергии.
Еще одно отличие состоит в том, что турбины Пельтона подходят для мест с водой, хранящейся на большой высоте, что позволяет достичь высокого напора и высокой скорости, а турбины Каплана лучше подходят для мест с большим расходом воды и низким напором. Турбина Фрэнсиса занимает промежуточное положение для приложений со средним напором и средним расходом.
Из трех турбин Фрэнсис может эффективно работать в различных условиях эксплуатации. Следовательно, он является самым популярным среди трех и обеспечивает более 60 процентов мирового производства гидроэлектроэнергии.
В следующем разделе мы попытаемся более подробно разобраться в турбине Фрэнсиса. Он будет охватывать такие аспекты, как его рабочий механизм и физика потока, включая захватывающие физические явления, такие как спиральный вихрь веревки.
Видео 1: CFD-моделирование потока через турбину Фрэнсиса.
Рабочий механизм турбины ФрэнсисаТурбина состоит из внешнего спирального корпуса, за которым следует набор неподвижных лопастей, называемых лопастями. Далее идет набор движущихся лопастей, называемых направляющими лопатками, затем группа центрально расположенных лопастей, называемых рабочими колесами, и, наконец, выходящий воздуховод, называемый отсасывающей трубой воздуховода. На рис. 2 показаны различные части турбины Фрэнсиса.
Поток поступает в турбину Фрэнсиса через спиральный корпус. Уменьшение площади поперечного сечения корпуса обеспечивает вход потока в центральную часть турбины с равномерной скоростью по всему периметру.
Затем поток проходит через два набора лопаток, прежде чем попасть в рабочее колесо, а именно – наружные лопатки и внутренние направляющие лопатки. Опорные лопасти закреплены и помогают направлять воду к секции желоба. Они также помогают уменьшить завихрения на входе.
Направляющие лопатки, расположенные между опорными лопатками и рабочим колесом, играют более важную роль. Они управляют скоростью потока в зависимости от потребности в мощности. Но потребность в энергии колеблется со временем. Направляющие лопатки регулируют скорость потока воды и обеспечивают синхронизацию производства электроэнергии с потребностью. Кроме того, направляющие лопатки регулируют угол потока, направленный на рабочие лопатки. Они стараются обеспечить оптимальный угол атаки входного потока, чтобы использовать максимальную мощность воды.
Рисунок 2: Схематическая диаграмма, показывающая различные части турбины Фрэнсиса. Источник изображения [9].Далее поток соприкасается с самой ответственной частью турбины Фрэнсиса – рабочим колесом. Вода входит в бегунок радиально и выходит в осевом направлении. Из-за этого изменения направления поперек рабочего колеса турбины Фрэнсиса называются турбинами со смешанным потоком.
Лопасти рабочего колеса имеют четкую форму и тонкое поперечное сечение аэродинамического профиля. Таким образом, когда вода обтекает его, одна сторона лопасти испытывает низкое давление, а противоположная сторона воспринимает высокое давление. Этот перепад давления создает подъемную силу.
Также, из-за особой формы лопасти на выходе, поступающая вода попадает на выход лопасти и создает импульсную силу, прежде чем покинуть бегунок. Таким образом, лопасть рабочего колеса создает как подъемную силу, так и импульсную силу, которая приводит ее во вращательное движение. Таким образом, в отличие от турбин Каплана, турбины Фрэнсиса не являются чистыми реактивными турбинами, поскольку часть силы также исходит от импульсного действия. Другими словами, и кинетическая энергия, и энергия давления жидкости будут уменьшаться, когда она выходит из рабочего колеса.
Этот выход низкого давления из рабочего колеса может привести к серьезным проблемам кавитации. Поэтому, чтобы избежать этого, отток направляется в тщательно спроектированную трубу, называемую отводной трубой. Эти трубы с увеличенной площадью поперечного сечения преобразуют динамический напор жидкости в статическое давление и тем самым уменьшают эффект кавитации.
youtube.com/embed/qp3J1eRtKn0?version=3&rel=1&showsearch=0&showinfo=1&iv_load_policy=1&fs=1&hl=en-US&autohide=2&wmode=transparent» allowfullscreen=»true» sandbox=»allow-scripts allow-same-origin allow-popups allow-presentation»>Видео 2: Турбинная электростанция Фрэнсиса в действии.
Начало возмущения потокаВ турбинах Фрэнсиса рабочие лопатки зафиксированы. Их нельзя настроить на какой-либо конкретный режим потока в рабочем диапазоне. Следовательно, они, как правило, рассчитаны на оптимальную точку максимальной эффективности для конкретного разряда. Только для режимов потока, близких к оптимальным условиям работы, характеристики потока можно назвать идеальными, с высоким КПД и малыми колебаниями давления и производительности.
Однако потребность в энергии не всегда постоянна и имеет тенденцию колебаться во времени. Следовательно, турбины вынуждены работать в расширенном диапазоне режимов, нередко далеко от точки наилучшего КПД. И это со штрафом. При работе в этих нестандартных рабочих условиях угол потока на лопасти рабочего колеса может отклоняться от идеального угла потока. Кроме того, схема потока в отсасывающей трубе может резко измениться. Как следствие, все эти модификации потока приведут к завихрениям, отрыву потока и противотоку.
Рисунок 3 : Схемы потока в турбине Фрэнсиса: a. Высокая нагрузка. б. Около точки максимальной эффективности. в. Частичная загрузка. Источник изображения [7].На рис. 3 показана картина потока в отсасывающей трубе при трех различных нагрузках: высокой нагрузке, близкой к BEP и частичной нагрузке, обычно наблюдаемой в турбине Фрэнсиса.
а. Высокая нагрузкаПри больших нагрузках вода, попадая в отсасывающую трубу, стремится течь к оси машины, создавая завихрения против направления вращения бегунка. Статическое давление в центре завихрения имеет тенденцию быть очень низким, и когда оно падает ниже давления пара, в ядре вихря возникает кавитация. Обычно это состояние стабильно с небольшими колебаниями давления в отсасывающей трубе. Но иногда, при определенных обстоятельствах, объем ядра вихря может колебаться, вызывая распространение неустойчивых колебаний давления по всей системе гидростанции.
б. Примерно в точке наибольшей эффективностиВблизи наилучшей эффективности приток к рабочему колесу осуществляется при идеальном расчетном угле лопасти, а линии обтекания в большей степени плавно повторяют геометрические контуры лопастей рабочего колеса. Также внутри отсасывающей трубы течение более или менее ровное и стабильное с небольшой интенсивностью закрутки.
Видео 3: CFD-моделирование вихря каната в отсасывающей трубе.
в. Частичная загрузкаВ условиях частичной нагрузки, т. е. примерно при 50-80 процентах оптимального расхода, вода в желобе имеет тенденцию течь к внешней части машины. Далее поток стремится покинуть бегунок завихрением, вращаясь в том же направлении, что и бегун. Это условие истечения создает противоток в центре конуса отсасывающей трубы и спиральный вихревой жгут.
Эксперименты показали, что винтовой вихрь каната имеет прецессионное вращение в 0,25-0,35 раза больше скорости вращения бегуна. За счет неосесимметричных движений вихревого жгута возникают периодические низкочастотные колебания давления. Кроме того, низкое давление внутри ядра вихря провоцирует развитие кавитационных пузырьков.
Частота этих пульсаций давления обычно составляет часть частоты вращения бегунка. Но предположим, что эта частота приближается к собственной частоте вытяжной трубы или затвора. В этом случае может возникнуть резонанс, вызывающий большие импульсы давления в отсасывающей трубе, вызывающие сильные вибрации турбины и даже всей силовой установки.
К сожалению, нет четких решений для устранения этой проблемы. Некоторые методы управления, такие как впрыск воздуха или воды, удлинение сердечника рабочего колеса, установка стабилизирующих ребер на стенке отсасывающей трубы и т. д., часто предлагаются для смягчения колебаний давления. Но они не являются надежными и имеют присущие им ограничения.
Эксперименты показали, что неправильная подача воздуха или воды может еще больше усилить пульсации давления. В то же время идея удлинения конуса рабочего колеса может быть недопустимой из-за других физических конструктивных ограничений турбины. Последний способ установки ребер на стенках воздуховода популярен, но он менее изучен. В некотором смысле, это все еще нерешенная проблема, вокруг которой витает множество идей. Исследователи все еще ищут более реальное решение.
Мысли на прощаниеДаже с такими ограничениями современные турбины Фрэнсиса, разработанные в результате многолетних исследований и разработок, могут достигать гидравлического КПД более 80 процентов и способны преобразовывать до 95 процентов доступного потенциального напора в электрическую энергию.
На этом мы подошли к концу Часть 1 в серии Гидравлические турбины . В следующей статье из серии Кавитация в турбинах мы попытаемся осветить аспекты кавитации в гидравлических турбинах, включая механизм кавитации, различные виды кавитации и т. д.
Серия гидравлических турбин Часть 1. Понимание потока через турбину Фрэнсиса.
Часть 2 – Кавитация в турбинах.
Часть 3 – Влияние сеток на гидротурбину CFD.
Часть 4 – Исследование конвергенции сети для Francis Turbine – с точки зрения программного обеспечения для построения сетки.
1. «Обнаружение кавитации в гидравлических турбинах», Ксавьер Эскалер и др., Механические системы и обработка сигналов 20 (2006) 983–1007.
2. «Моделирование установившегося кавитационного потока в малой турбине Фрэнсиса», Ахмед Лауари, Hindawi Publishing Corporation International Journal of Rotating Machinery Volume 2016, ID статьи 4851454.
3. «Анализ вихря кавитирующей отсасывающей трубы в турбине Фрэнсиса с использованием Измерения скорости изображения частиц в двухфазном потоке », Моника Санда Илиеску, Журнал гидротехники, февраль 2008 г., том. 130.
4. «Вихревые канаты в отсасывающей трубе лабораторной гидротурбины Каплана при малой нагрузке: экспериментальное и LES исследование расчетных моделей RANS и DES», А. Минаков, страницы 668-685, Journal of Hydraulic Research, Volume 55, 2017 – Выпуск 5, 24 апреля 2017.
5. «Управление струей вихревого каната отсасывающей трубы в турбинах Фрэнсиса при частичном разряде», Ромео Сьюзен-Ресига и др., 23-й симпозиум IAHR – Йокогама, октябрь 2006 г.
6. «Численное исследование кавитации в турбине Фрэнсиса малого Гидроэлектростанция», П. П. Гохил и др., Журнал прикладной гидромеханики, Том. 9, № 1, стр. 357-365, 2016.
7. «Динамические нагрузки в полозьях Фрэнсиса и их влияние на усталостную долговечность», U Seidel et al, 27-й симпозиум IAHR по гидравлическим машинам и системам, 2014.