Межгосударственный стандарт от 01.01.92 г. Турбины гидравлические. Методы натурных приемочных испытаний (стр. 14 )

Если измерение невозможно, потери оценивают сравнением с аналогом, либо по существующим электрическим расчетным зависимостям.

В случае подпятника, совмещенного с направляющим подшипником, две составляющие следует рассматривать как независимые Соответствующие потери (измеренные или рассчитанные) должны быть отнесены на электрическую и гидравлическую машины, пропорционально нагрузкам, создаваемым ими.

В случае общего подпятника потери в нем должны быть отнесены к электрической и гидравлической машине (машинам) пропорционально создаваемому ими осевому усилию.

Если TE - осевое усилие, создаваемое электрической машиной; TT - осевое усилие, создаваемое турбиной [вес рабочего колеса (колес) и вала плюс гидравлическое осевое усилие, действующее на колесо (колеса)]; Tp - осевое усилие, создаваемое насосом [вес рабочего колеса (колес) и вала плюс гидравлическое осевое усилие, действующее на колесо (колеса)], то потери распределятся следующим образом:

1) в двухмашинном гидроагрегате с турбиной:

- на электрическую машину

,

- на турбину

;

2) в двухмашинном насосном агрегате:

- на электрическую машину

,

- на насос

;

3) в трехмашинном агрегате, работающем в турбинном режиме (насос отсоединен):

- на электрическую машину

;

- на турбину

;

4) в трехмашинном агрегате, работающем в насосном режиме:

- на электрическую машину

;

- на насос

.

В последнем случае суммарная нагрузка (Ttot) на подпятник состоит из веса (TE) вала и ротора электрической машины, веса (TT) рабочего колеса и вала турбины, суммы весов вала и рабочего колеса насоса (Tp) и гидравлического осевого усилия насоса.

Примечание. Если полное осевое усилие (TT или Tp), действующее на гидромашину, разгружают подпятник, то потери, обусловленные гидромашиной, следует принять равными нулю.

1.3.3. Потери (Pd) во всех вращающихся элементах, внешних по отношению к гидромашинам и электрическим машинам

1.3.3.1. Потери в передачах (например, зубчатая передача) между электрической и гидравлической машинами определяют измерением или расчетным путем. Измерения следует выполнять при условиях, максимально приближенных к условиям приемочных испытаний.

Потери в зубчатой передаче допускается определять измерением тепла, поглощаемого смазочным маслом (или охлаждающей водой) и окружающим воздухом.

1.3.3.2. Вентиляционные потери (Pw, кВт) на открытом маховике приближенно рассчитывают по формуле

,

где n - частота вращения маховика, с-1;

Da - наружный диаметр маховика, м;

B - ширина обода, м.

1.3.3.3. Потери при вращении рабочего колеса гидромашин в воздухе (Pw, кВт) рассчитывают в зависимости от типа машины по следующим формулам:

1) поворотно-лопастные турбины (лопасти в закрытом положении):

,

где n - частота вращения, с-1;

D - диаметр рабочего колеса, м.

Ширина полосы погрешности этой формулы ±50%.

2) радиально-осевые турбины (черт. 47):

Рабочее колесо радиально-осевой гидромашины

Черт. 47

,

где n - частота вращения, с-1;

B - высота рабочего колеса, м;

D - диаметр рабочего колеса, м.

Формула верна для случаев, когда расход через лабиринт менее 0,8⋅10-3 расхода в точке наибольшего значения КПД. Ширина полосы погрешности этой формулы ±50%;

3) насосы и насос-турбины (черт. 47):

,

где n - частота вращения, с-1;

B - высота рабочего колеса, м;

D - диаметр рабочего колеса, м.

Формула верна для случаев, когда расход через лабиринт менее 0,8⋅10-3 расхода в точке наибольшего значения КПД. Ширина полосы погрешности этой формулы ±50%.

4) ковшовые турбины:

с горизонтальной осью вращения (см. черт. 48):

где n - частота вращения, с-1;

D - максимальный диаметр рабочего колеса;

Ba - ширина лопасти;

Bi0 - ширина кожуха в верхней части;

Biu - ширина кожуха в нижней части.

Кожух горизонтальной ковшовой турбины

Черт. 48

При нормальном расстоянии между рабочим колесом и уровнем воды в отводе влиянием этого уровня можно пренебречь;

с вертикальной осью вращения (см. черт. 49):

При нормальном расстоянии между рабочим колесом и уровнем воды в отводе влиянием этого уровня можно пренебречь. Ширина полосы погрешности этой формулы ±50%.

Кожух вертикальной ковшовой турбины

Черт. 49

1.3.4. Мощность, потребляемая различными насосами охлаждения, регулятором и т. п., которые приводятся в действие электродвигателями, определяют измерением электрической мощности, потребляемой этими двигателями. В более трудных случаях мощность, потребляемая насосами, может быть оценена измерением их расхода и удельной гидравлической энергии с учетом их полного КПД. Мощность, поглощаемая другими вспомогательными механизмами, в большинстве случаев оценивают ориентировочно.

2. ПРЯМОЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ

2.1. Прямой метод измерения мощности на валу гидромашины заключается в измерении крутящего момента и частоты вращения и применяется, как правило, при испытаниях маломощных установок. Однако его применение может оказаться необходимым для гидромашин, не соединенных непосредственно с электрическими машинами.

Систематическая погрешность при соблюдении требуемых условий должна быть в пределах от ±0,8 до ±1,3%.

2.2. Частоту вращения гидромашины необходимо измерять с точностью, указанной в приложении 6.

2.3. Для определения крутящего момента применяют тормозные устройства механического, гидравлического или электрического типов и торсионные динамометры.

2.3.1. Для определения момента посредством тормозного устройства необходимо точно измерить следующие величины:

- длину рычага тормоза;

- массу тарного груза на рычаге тормоза;

- силу на рычаге тормоза.

Потери мощности из-за наличия тормозного устройства не относятся к гидромашине и должны быть учтены. Если гидромашина имеет вертикальный вал, то тормоз подвешивают так, чтобы в валу не возникали дополнительные изгибающие напряжения. Жидкость, охлаждающая тормоз, не должна создавать паразитного реактивного крутящего момента.

2.3.2. Торсионный динамометр представляет собой участок длины вала, деформацию которого измеряют каким-либо (как правило, тензометрическим) методом. Динамометр должен быть проградуирован до начала и по окончании испытаний в своем рабочем положении.

3. Определение потерь в подшипниках

3.1. Потери в подшипниках измеряют калориметрическим методом. При невозможности измерения потери вычисляют согласно пп. 3.2 и 3.3 настоящего приложения.

3.2. В процессе измерения потерь подпятник нагружают совместно гидравлическим осевым усилием и весом различных машин (гидравлической и электрической) и их валов.

Обычно масса вращающихся частей и гидравлическое осевое усилие сообщаются поставщиком. Гидравлическое осевое усилие определяют измерением осевого смещения опоры вала. Зависимость этого смещения от осевого усилия может быть определена расчетом и проверена приложением известного по значению усилия к подпятнику с последующим измерением смещения вала относительно фиксированной точки основания машины. Точность такого измерения должна быть в пределах ±20% приложенной известной нагрузки. У машин с вертикальным валом метод градуировки заключается в измерении осевого смещения вала, когда известный вес электрического ротора воспринимается подпятником.

В случае гидравлически уравновешенного подпятника гидравлическое осевое усилие может быть непосредственно измерено по давлению в уравновешивающих камерах. Измерение осевого усилия от давления воды позволяет оценить потери, относимые порознь на электрическую и гидравлическую машины.

В подпятниках, сегменты которых имеют наружный диаметр d0 и внутренний диаметр di, радиальную протяженность сегмента (b), м, рассчитывают по формуле

b = 0,5(d0 - di),

а длину его средней линии (l), м, по окружности рассчитывают по формуле

,

где N - число сегментов.

Коэффициент трения (f) в этом случае рассчитывают по формуле

,

где k - постоянная, зависящая от формы сегмента, в первом приближении равная 3,5, но она может меняться от 2 до 4;

μ - динамическая вязкость масла, Па·с;

vm - средняя скорость пяты, м·с-1;

pm - среднее удельное давление на подпятник, Па.

При этом (pm), Па, рассчитывают по формуле

,

a vm, м·с-1 - по формуле

,

где n - частота вращения, с-1.

Потери на трение (Ptb), кВт, рассчитывают по формуле