Основи гідравліки

Размещено на http://www.allbest.ru/

15

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основи гідравліки

1. Гідростатичний тиск та його властивості. Основне рівняння гідростатики. Сили тиску рідини на стінку. Прилади для вимірювання тиску

На рідину в стані спокою діють зовнішні сили, які зумовлюють лише один вид напружень - напруження стиску, тому що дотичні напруження в цьому випадку відсутні. Під впливом цих сил в кожній точці рідини, що знаходиться в рівновазі, виникає гідростатичний тиск Р, який визначається виразом:

,

де - сила тиску, яка діє на площу .

Є три властивості гідростатичного тиску:

1.Тиск спрямований завжди по нормалі до поверхні, на яку він діє і утворює тільки стисливі напруження.

2. У кожній точці рідини гідростатичний тиск однаковий по всіх напрямках.

3.Гідростатичний тиск у точці залежить від її координат в просторі.

Одиницями вимірювання тиску в системі СІ є 1 Па, дуже часто використовують й інші одиниці вимірювання тиску:

1 ат = 1736 мм.рт.ст.=105 Па = 1 бар.

Основне рівняння гідростатики. Повний гідростатичний тиск у будь-якій точці рідини складається з тиску на її вільну поверхню та тиску стовпа рідини, висота якого дорівнює відстані від цієї точки до вільної поверхні:

,

де P - повний або абсолютний гідростатичний тиск; P0 - тиск на вільну поверхню рідини; с - густина рідини; g - прискорення вільного падіння; h - висота стовпа рідини над даною точкою.

Це рівняння називається основним рівнянням гідростатики. Величина сgh називається ваговим тиском. Надлишковий або манометричний тиск співпадає з ваговим, коли тиск на вільну поверхню Р0 рідини дорівнює атмосферному.

Для демонстрації основного рівняння гідростатики розглянемо поширений у практиці випадок з рідиною, що міститься в закритій посудині і перебуває в стані спокою під дією лише сили тяжіння (рис.5.1).

Тоді основне рівняння гідростатики можна записати таким чином:

,

де Z - геометрична висота; - п'єзометрична висота; Z+ - гідростатичний напір.

Таким чином, гідростатичний напір є величиною сталою для всього об'єму нерухомої рідини.

Величина тиску на вільну поверхню однакова в будь-якій точці, взятій в об'ємі рідини. З цього можна стверджувати, що тиск, який діє на вільну поверхню рідини, передається всім точкам рідини і по всіх напрямках з однаковою силою. Ця закономірність виражає закон Паскаля.

Поверхня, у всіх точках якої тиск однаковий , називається поверхнею рівня або поверхнею рівного тиску. Такими поверхнями є вільна поверхня або будь-яка горизонтальна площина, проведена всередині об'єму рідини.

Визначення сили тиску рідини на плоску стінку. Часто на практиці потрібно знайти силу, з якою рідина діє на тверді стінки, що її обмежують, а також точку прикладання цієї сили.

Розглянемо тиск рідини на плоску стінку, нахилену під деяким кутом до горизонту.

Сила тиску рідини на плоску стінку, розташовану під деяким кутом до горизонту, дорівнює добутку величини змоченої поверхні цієї стінки на гідростатичний тиск в її центрі тяжіння, тобто:

,

де Рс - гідростатичний тиск у центрі тяжіння стінки; S - площа змоченої поверхні стінки.

Точка прикладання сили F називається центром тиску. Центр тиску лежить нижче центра тяжіння. Наприклад, для прямокутної стінки центр тяжіння знаходиться на відстані половини висоти від її основи, а центр тиску - на відстані однієї третьої висоти.

Якщо плоска стінка розташована вертикально, висота цієї стінки h, ширина b, то в цьому випадку силу тиску визначають як:

.

Якщо плоска стінка розташована горизонтально, наприклад, дно посудини, то при цьому сила надлишкового тиску стовпа рідини h буде обчислюватись за формулою:

,

де S - площа дна посудини.

Із цього рівняння випливає, що тиск рідини на дно посудини не залежить від форми посудини, а залежить від висоти її наповнення, площі дна і питомої ваги рідини. Цю особливість називають гідростатичним парадоксом.

Прилади для вимірювання тиску. Атмосферний або барометричний тиск вимірюється рідинними чи механічними барометрами. Найпростіший рідинний барометр показаний на рис.5.2. Він виготовлений у вигляді трубки, з якої відкачане повітря і запаяної з одного кінця. Відкритим кінцем трубка опущена в посудину з ртуттю. Оскільки на вільну поверхню діє атмосферний тиск, то ртуть піднімається на певну висоту h, яку можна визначити із співвідношення:

,

де - барометричний тиск; - густина ртуті.

П'єзометр - прилад для вимірювання невеликих (до ) надлишко-вих тисків, тому надлишковий тиск ще можна ще назвати п'єзометричним. Це тонка скляна трубочка діаметром до 5мм, одним кінцем з'єднана з посудиною, в якій вимірюють тиск, а іншим з атмосферою (рис.5.3). Для вимірювання більшого надлишкового тиску застосовують механічні та рідинні манометри.

Якщо абсолютний тиск у посудині менший за атмосферний, то це буде розрідження. Якщо до такої посудини приєднати V-подібну скляну трубку, то в колінах цієї трубки буде деяка різниця рівнів (рис.5.4).



Різниця між барометричним тиском і тиском розрідження є вакуумметричний тиск, який вимірюється вакуумметрами.

Вакуумметрична висота визначається із умови рівноваги рідини:

,

,

де - барометричний тиск; - тиск розрідження; - вакуум-метрична висота.

При вимірюванні різниці тисків у двох трубопроводах або в одному трубопроводі, але в різних його точках, застосовують диференціальний мано-метр, виготовлений у вигляді V - подібної трубки, приєднаної до двох трубопроводів (рис.5.5).

Розглянемо випадок коли , тоді - зміна тиску.

Зміна тиску в цих двох трубопроводах знаходять із рівняння:

,

де - густина ртуті, - густина рідини.

2. Фізичні властивості рідини. Ламінарний та турбулентний режими руху. Рівняння Бернуллі для потоку реальної рідини і його практичне використання

Основними фізичними властивостями рідини є густина, стисливість, пружність, в'язкість, температурне розширення.

Густина рідини - це відношення маси до об'єму, який вона займає:

.

Густина рідини залежить від температури, із збільшенням якої густина зменшується, але винятком є вода, при температурі 4оС має найбільшу густину 1000 .

У гідравліці часто використовують поняття питомої ваги рідини . Питомою вагою називають вагу рідини G в одиниці її об'єму:

,

.

Стисливість - це здатність рідини змінювати свій об'єм V при зміні тиску P. Мірою стисливості рідини є коефіцієнт об'ємного стиску (), який визначається:

,

де - зміна об'єму; - початковий об'єм; - зміна тиску.

Знак „-” показує, що при збільшені тиску об'єм зменшується.

Пружність рідини - це здатність рідини відновлювати свій об'єм після припинення дії зовнішніх сил і характеризується модулем пружності :

.

Температурне розширення - це властивість рідини змінювати свій об'єм при зміні температури, залежить від фізичної природи рідини і характеризується коефіцієнтом об'ємного розширення :

,

де - зміна об'єму при зміні температури на .

В'язкість - це властивість чинити опір відносному руху частинок рідини. В'язкість рідини залежить від тертя між частинками рідини при її русі.

При русі в'язкої рідини вздовж твердої стінки, пристінний шар рідини прилипає до стінки, тобто стає нерухомим. З віддаленням від стінки швидкість руху рідини зростає так, що утворюється градієнт швидкості в напрямку, перпендикулярному до напрямку потоку рідини. Різниця в швидкості руху веде до того, що починається проковзування сусідніх шарів рідини і виникають дотичні напруження. Як було експериментально встановлено, що дотичні напруження визначаються:

,

де - напруження сил тертя; - це коефіцієнт динамічної в'язкості; - градієнт швидкості в напрямку нормалі до напрямку потоку рідини.

Градієнт швидкості показує, як змінюється швидкість рідини на одиниці довжини у перпендикулярному до потоку напрямку. Значення коефіцієнта динамічної в'язкості визначається експериментально за допомогою віскозиметра.

Рідини, для яких справедливе це рівняння, називаються нормальними або ньютонівськими, але є рідини, які не можуть бути описані таким рівнянням, ці рідини називаються аномальними. До них відносяться глиняні розчини, масляні фарби, різного роду емульсії, а також мастила при низьких температурах. Вони відрізняються від нормальних рідин тим, що сили тертя між частинками рідини виникають навіть в стані спокою, і тому рух такої рідини починається тільки після подолання деякого початкового напруження . Такі рідини описуються рівнянням Бінгема:

.

У гідравлічних розрахунках часто використовують поняття коефіцієнта кінематичної в'язкості :

.

Коефіцієнт кінематичної в'язкості показує, як змінюється швидкість руху рідини на одиниці довжини.

У гідравліці при розгляді деяких задач дуже часто використовують поняття ідеальної рідини, хоча реально в природі її не існує. Рідина, яка не стислива і не має в'язкості, називається ідеальною. Реальна рідина відрізняється від ідеальної тим, що при її русі виникають дотичні напруження (внутрішнє тертя).

При гідравлічних дослідженнях роблять одне припущення - рідина розглядається як суцільне безперервне середовище.

Режими руху рідини. Існують два режими руху рідини: ламінарний і турбулентний.

При ламінарному режимі всі частинки рідини рухаються паралельними шарами, не змішуючись.

При турбулентному режимі руху всі частинки рідини рухаються хаотично, і при цьому змінюється їх швидкість як за модулем, так і за напрямком.

Англійський вчений Рейнольдс на основі дослідів встановив, що режими руху рідини залежать від тааккких факторів:

- густини;

- коефіцієнта динамічної в'язкості;

- середньої швидкості руху рідини;

- характерних лінійних розмірів.

Для того, щоб одночасно врахувати вплив цих факторів на режим руху рідини, був введений безрозмірний параметр Re, який називають числом Рейнольдса:

,

де - середня швидкість потоку; d - діаметр труби; - густина рідини; - коефіцієнт динамічної в'язкості; - коефіцієнт кінематичної в'язкості.

Значення числа Рейнольдса називають критичним.

Якщо - режим руху рідини турбулентний, а якщо - ламінарний.

Для того щоб експериментально визначити режим руху рідини і спостерігати візуально за цим процесом, Рейнольдс запропонував таку установку (рис.5.6).

До бака 1, в якому підтримується заданий рівень води, приєднується скляна трубка 2 з краном 3. За допомогою цього крана регулюється швидкість потоку рідини в трубі. У посудині 4 знаходиться розчин фарби, який через трубочку 6 поступає в трубку 2. Через трубку 7, яка має кран 8, у бак подається вода.

Відкривши крани 3 та 5, і підтримуючи в баці 1 стабільний рівень води, можна спостерігати в скляній трубці 2 за лініями току, які виділяються фарбою. Регулюючи краном 3 витрати води, спостерігають, що при незначному відкритті крана лінії току будуть прямолінійними, а це означає що режим руху рідини ламінарний. При більшому відкритті крана 3 швидкість потоку рідини зростає, і при цьому зафарбована струминка розпадається на окремі фрагменти і відбувається перемішування її зі всією масою рідини, а це означає, що режим руху рідини турбулентний.

Рівняння Бернуллі для елементарної струминки ідеальної рідини. Основним рівнянням гідростатики, яке визначає зв'язок між тиском і швидкістю для рухомого потоку рідини є рівняння Бернуллі.

Для двох довільних поперечних перерізів елементарної струминки ідеальної рідини (рис.5.7) рівняння Бернуллі має вигляд:

.

У цьому рівнянні i - питома енергія положення (висоти) частинок в перерізах 1 і 2 відповідно; і - питома енергія тиску в перерізах 1 і 2; і - питома кінетична енергія в перерізах 1 і 2.

Якщо поділити почленно рівняння Бернуллі на g, то одержимо:

,

де і - геометричні напори в перерізах 1 і 2 відповідно; і - п'єзометричні напори в перерізах 1 і 2; і - швидкісні напори в перерізах 1 і 2.

Оскільки перерізи 1 і 2 були взяті довільно, то рівняння Бернуллі можемо записати для будь-якого перерізу елементарної струминки:

.

Сума трьох складових цього рівняння є повний гідродинамічний напір Н. Це - величина стала у всіх перерізах елементарної струминки, тобто:

.

Рівняння Бернуллі для реальної рідини. З'ясуємо, які необхідно ввести корективи в рівняння Бернуллі для елементарної струминки ідеальної рідини, щоб воно стало справедливим і для потоку руху реальної рідини. У потоці реальної рідини швидкість у різних точках поперечного перерізу різна і залежить від режиму руху рідини.

Якщо режими руху рідини ламінарний або турбулентний, то в рівнянні Бернуллі слід ввести деякий коефіцієнт , що враховує нерівномірність розподілу швидкостей по перерізу потоку рідини, цей коефіцієнт називається Коріолісовим. Коефіцієнт Коріоліса для ламінарного руху рідини = 2, для турбулентного - = 1ч1,05.

Іншу зміну в рівняння Бернуллі треба ввести у зв'язку з тим, що частина енергії рідини витрачається на гідравлічні опори.

У гідравліці розрізняють два види таких опорів: лінійні і місцеві.

Лінійні опори виникають за рахунок тертя між частинками рідини, а також між частинками рідини і стінкою трубопроводу. Ці втрати енергії рідини зумовлені роботою сил тертя. Вони розподілені рівномірно на ділянках прямолінійного та рівномірного руху і дещо нерівномірно на ділянках нерівномірного руху. Втрати енергії рідини на лінійні опори будемо позначати .

Опори, що зумовлені різного роду місцевими перешкодами (крани, коліна, звуження або розширення, засувки, вентилі), називають місцевими опорами. Вони також ведуть до втрат енергії або напору рухомої рідини, їх позначимо . Ці опори ведуть до зміни швидкостей потоку рідини як за числовим значенням, так і за напрямком.

Враховуючи ці всі поправки, рівняння Бернуллі для потоку реальної рідини можна записати в такому вигляді:

,

де - сума всіх лінійних і місцевих опорів.

На закономірностях, одержаних з рівняння Бернуллі, оснований принцип дії карбюратора двигунів внутрішнього згорання, струминного насоса, водоміра Вентурі тощо.

3. Гідравлічні машини, їх класифікація та галузі використання. Гідравлічний удар. Явище кавітації

Гідравлічні машини призначені для переміщення рідини, перетворення енергії потоку рідини в механічну енергію, а також передачі механічної енергії від двигуна до машини, яка виконує корисну роботу, або перетворення різних видів рухів і швидкостей за допомогою рідин. Гідромашини поділяться на три основні класи: насоси, гідродвигуни і гідроприводи. Вони відрізняються своїми енергетичними і конструктивними особливостями, але загальним для них є те, що робочим тілом є рідина.

Насос - машина, яка призначена для створення потоку рідинного середовища. За характером силової дії насоси поділяються на динамічні та об'ємні. У насосах динамічної дії рідинне середовище переміщується за рахунок силової дії на нього в робочій камері, що постійно сполучена із входом і виходом насоса. До них відносять: відцентрові, осьові, струминні тощо. У насосах об'ємної дії рідинне середовище переміщається за рахунок періодичної зміни об'єму камери, яку воно займає, поперемінно сполучаючись із входом і виходом насоса. До них відносять: поршневі, плунжерні, діафрагмені, роторні, крильчаті та інші. Всього нараховують близько 130 видів насосів. тиск гідростатика ламінарний

На рис.5.8 подається схема поршневого насоса простої дії з приводом від машин, що роблять обертальний рух, наприклад, від електродвигуна. Зворотно-поступальний рух поршня 5 забезпечується кривошипно-шатунним механізмом, до складу якого входять маховик із кривошипом 1 радіусом , шатун 2 довжиною , повзун 3 і шток 4.

Размещено на http://www.allbest.ru/

15

Размещено на http://www.allbest.ru/

Робочими органами поршневого насоса є робоча камера, всередині якої розміщені всмоктувальний клапан 9 і напірний 10, циліндр із поршнем 5, всмоктувальна 8 і напірна 11 труби. У нижній зануреній частині всмоктувальної труби знаходяться фільтр 6 і перепускний клапан 7.

При русі поршня зліва направо (по стрілці І) у циліндрі за поршнем і в робочій камері створюється вакуум. Внаслідок різниці тисків під всмоктувальним клапаном 9 і над ним - клапан піднімається, і у всмоктувальній трубі 8 створюється розрідження, що обумовлює рух рідини з водойми в насос. Діючою силою, що відкриває перепускний клапан і змушує рідину підніматися по всмоктувальній трубі, є різниця атмосферного тиску і змінного тиску, що створюється у робочій камері при русі поршня вправо.

При русі вліво (по стрілці ІІ) поршень давить на рідину, що знаходиться в циліндрі, підвищуючи тиск у робочій камері й закриваючи всмоктувальний клапан. У той момент, коли тиск у камері досягне деякого граничного значення, що перевищує вагу напірного клапана 10 і зусилля притискаючої його пружини, клапан відкривається, і рідина витісняється в напірну трубу 11.

До основних параметрів, що характеризують роботу насосів, відносяться подача, напір, потужність, коефіцієнт корисної дії.

Подачею насоса називається кількість рідини, яка подається насосом за одиницю часу. Розрізняють об'ємну (м3/с) і масову (кг/с) подачі.

Напором насоса називається приріст енергії одиниці ваги рідини або різниця питомих енергій у перерізах потоку, розташованих на виході з насоса і перед ним.

Розрізняють спожиту і корисну потужність насоса.

Спожита потужність N - це енергія, що підводиться до насоса від двигуна за одиницю часу.

Корисна потужність Nкор - це енергія, отримана за одиницю часу рідиною, що пройшла через насос. Повний ККД насоса визначається як відношення корисної потужності до спожитої:

.

Коефіцієнт корисної дії сучасних насосів коливається в межах 0,65 0,90.

Насоси знайшли широке застосування у всіх сферах народного господарства.

Гідравлічні двигуни, як і насоси, діляться на машини динамічної і об'ємної дії. До них відносять гідротурбіни, водяні колеса, гідроциліндри, роторні гідромотори. Їх широко застосовують у гідроенергетиці, нафтодобуванні, транспорті тощо.

Гідроприводом називається сукупність пристроїв, призначених для приведення в рух механізмів та машин за допомогою рідини. Гідропривід складається з трьох основних частин: гідропередачі, пристрою керування та обслуговуючого пристрою. Силовою частиною гідроприводу є гідропередача, що складається із насоса і гідродвигуна. Гідроприводи широко застосовують у машинобудуванні, транспорті тощо. Різноманіття рухів і операцій, отриманих від гідроприводів у різних машинах, сприяло створенню різноманітних схем передачі енергії. Робочим органом у кожній зі схем об'ємних гідропередач є гідродвигун. У залежності від руху вихідної ланки гідродвигуни поділяються на три класи:

- гідроциліндри - об'ємні гідродвигуни з поступальним рухом вихідної ланки;

- поворотні гідродвигуни - об'ємні гідродвигуни з обмеженим кутом повороту вихідної ланки;

- гідромотори - об'ємні гідродвигуни з обертальним рухом вихідної ланки.



Рис.5.9. Гідропривід піднімального механізму навантажувача

Розглянемо будову та принцип дії гідроприводу піднімального механізму навантажувача (рис.5.9). Первинний двигун (на рисунку не показаний) обертає шестеренчастий насос 3, що засмоктує робочу рідину із бака 4, подає її через розподільник 2 по трубопроводу в силовий гідроциліндр 1 і піднімає його разом з вантажною платформою. При цьому шток розподільника повинен бути у верхньому положенні. Якщо рукоятку розподільника перевести в середнє положення, то циліндр відключиться від насоса і від зливного бака. Тоді рідина в циліндрі буде закрита, і поршень, а отже, і платформа з вантажем будуть зафіксовані у визначеному положенні. Якщо розподільник перевести в нижнє положення, то гідроциліндр з'єднається з масляним резервуаром і під дією сили ваги платформа з вантажем опуститься, витискуючи рідину з циліндра в бак.

Гідравлічний удар. Гідравлічним ударом називають явище підвищення або зниження тиску, яке виникає при різкій зміні швидкості течії у напірному трубопроводі в результаті дуже швидкого закривання чи відкривання засувки, крана тощо.

При гідравлічному ударі відбувається значне підвищення напружень у матеріалах труб, що може спричинити розрив трубопроводів та арматури, встановленої на них.

Теорію гідравлічного удару розробив М.Б. Жуковський у 1898р. Він встановив, що гідравлічний удар у трубі є швидко протікаючим періодичним процесом, який супроводжується пружними деформаціями.

Для того щоб пояснити явища, що проходять при гідравлічному ударі, розглянемо горизонтальний трубопровід сталого діаметра d, по якому із середньою швидкістю рухається рідина.

Якщо швидко закрити засувкою трубопровід, то шар рідини, який знаходиться біля засувки повинен зупинитися, а тиск підвищитися (внаслідок переходу кінетичної енергії руху рідини в потенціальну енергію тиску). Оскільки рідина стислива, то зупинки всієї маси в трубопроводі не буде. Границя об'єму, яка включає в себе рідину, що зупинилася, переміститься вздовж трубопроводу з деякою швидкістю с, яка називається швидкістю ударної хвилі.

Ступінь підвищення тиску при гідравлічному ударі визначається за формулою Жуковського:

.

Якщо тиск на початку трубопроводу зберігається сталим, то після того, як ударна хвиля дійде до початкового перерізу труби, в ній почнеться зворотне переміщення ударної хвилі з тією ж швидкістю с, причому це буде хвиля меншого тиску.

Цикли підвищення і пониження тиску будуть повторюватися через проміжки часу, рівні часу подвійного пробігу ударної хвилі ділянки трубопроводу від засувки до початку трубопроводу.

Таким чином, при гідравлічному ударі рідина буде описувати коливальний рух, який у силу гідравлічних опорів буде затухаючим.

Швидкість поширення ударної хвилі залежить від роду рідини, матеріалу труби, її діаметра, товщини стінок і визначається:

,

де k - модуль пружності рідини; с - густина; d - внутрішній діаметр труби; Е - модуль пружності матеріалу труби; д - товщина стінок труби.

Для боротьби з гідравлічним ударом на практиці використовують різноманітні пристрої, що встановлюють на трубопроводах для збільшення часу закривання засувок та кранів і тим самим пом'якшують дію гідравлічного удару. Час закриття засувки або крана, при якому не буде гідравлічного удару, визначається:

,

де L - довжина трубопроводу.

На магістральних трубопроводах встановлюють також запобіжні клапани різних конструкцій, які автоматично відкриваються при підвищені тиску вище допустимої норми. Також застосовують повітряні ковпаки, де стиснуте повітря амортизує підвищення тиску.

Явище кавітації. Кавітацією називається виникнення у рухомій рідині пустот, заповнених парою чи повітрям. Кавітація виникає в тому випадку, коли тиск в яких-небудь місцях потоку знижується настільки, що стає меншим тиску насичення, тобто тиску, який характеризує випаровування рідини при даній температурі. Виникнення пари, її перенесення потоком рідини в зону підвищеного тиску, де починається раптова її конденсація ударного характеру, супроводжується миттьовим підвищенням тиску і характеризується різким тріском. Кавітація - негативне явище для трубопроводів, турбін, насосів, оскільки викликає руйнування матеріалу твердих стінок. Руйнування буде в тих місцях потоку, де є збільшення тиску, тобто в місцях зіткнення бульбашок (тиск досягає ). Це веде до викришування зерен металу з поверхні стінки, а потім швидко проходить в глибину.

4. Гідравлічні турбіни, їх класифікація. Потужність гідравлічних установок

Гідравлічна турбіна відноситься до гідравлічних машин динамічної дії. Гідротурбіна -- це машина, в якій робочий орган одержує енергію від рухомої рідини і перетворює її на механічну енергію вала, причому енергія рідини на вході в турбіну завжди більша, ніж на виході. Це означає, що в гідравлічних турбінах проходить процес, обернений тому, що має місце в насосах.

Гідравлічні турбіни за принципом роботи поділяться на:

- активні;

- реактивні.

В активних турбінах вода з великою швидкістю виходить через один або декілька соплових насадок у вигляді струменів, які вдаряються об лопатки відкритого робочого колеса і надають йому деякий момент обертання. До таких турбін належать ковшові турбіни (рис.5.10). Турбіна складається з робочого колеса 7, закріпленого на валу 8 вище рівня води. Колесо обертається в повітрі, й тільки частина лопаток взаємодіє з водою. Вода подається на робочі лопатки 6 по трубопроводу 2 через сопло 1. Робоче колесо складається з диска, по колу якого закріплені робочі лопатки. Кожна лопатка виконана у вигляді напівсфер, розділених ножем 5. Робоче колесо встановлене в корпусі таким чином, що ножі співпадають з віссю струменя. При натіканні на лопатки струмені розділяються ножем на дві частини. Кожна з частин обтікає свою напівсферу, діючи на лопатки з деякою силою F. У залежності від діаметра робочого колеса загальна кількість лопаток коливається від 12 до 40.



Рис.5.10. Ковшова турбіна

Потужність, яку розвиває турбіна, регулюють зміною подачі води через сопло. Для цих цілей застосовують голку 2, яка дозволяє змінювати або повністю перекривати вихідний переріз сопла.

У реактивних турбінах потенціальна енергія тиску рідини використовується в більшій мірі, ніж кінетична. У таких турбінах робоче колесо повністю занурене в рідину. Швидкість потоку рідини перед входом на робоче колесо при великому напорі порівняно невелика, тому потенціальна енергія, що використовується в реактивних турбінах завжди більша від кінетичної. До реактивних турбін належать: осьові, діагональні і радіально-осьові.

Спожита потужність гідравлічної турбіни залежить від напору і витрат рідини. Спожита потужність Nспож визначається:

Nспож=сgНQ,

де Н - напір рідини; Q - витрати рідини.

Але не вся потужність напору, що передається на вал, є корисною. Це обумовлюється втратами енергії в самій турбіні, що впливають на ККД:

,

,

де - корисна потужність гідравлічної турбіни.

Для прісної води при с=1000 кг/м3 корисна потужність визначається як:

Nкор=9,8HQ зт.

Ця формула широко застосовується при проектуванні ГЕС та при розрахунках гідравлічних турбін.

Размещено на Allbest.ru