ляется следующее: вода, попадающая в пространство между лопатками колеса, практически приходит здесь в состояние покоя. В турбинах же вода в пространстве между лопатками рабочего колеса движется относительно лопаток. В водяных колесах используется главным образом весовое действие падающей воды, а также ударное действие воды, вступающей в пространство между лопатками. На дальнейших подробностях мы не будем останавливаться, так как в настоящее время водяные колеса следует рассматривать как совершенно устаревшие машины, к тому же не представляющие особого интереса с точки зрения гидродинамики.

Работа турбин основана на совершенно ином принципе - они преобразуют в полезную мощность кинетическую энергию движущейся воды. При помощи специального направляющего приспособления вода, движущаяся с большой скоростью, вводится без удара в пространство между лопатками рабочего колеса; эти лопатки отклоняют поток воды от своего первоначального направления так, что он покидает рабочее колесо с возможно меньшей абсолютной скоростью. При такого рода движении воды вредные потери энергии получаются небольшими, следовательно, почти вся разность между кинетической энергией воды, поступающей в рабочее колесо, и кинетической энергией воды, выходящей из рабочего колеса, преобразуется в мощность на рабочем вале турбины.

Преобразование мощности падающей воды в мощность на вале турбины возможно двумя способами. При первом способе вся мощность напора воды еще до входа в рабочее колесо преобразуется целиком в кинетическую энергию струи, направляемой при помощи специального приспособления в рабочее колесо. Такие турбины Рис. 186. План скоростей называются турбинами равного давления, турбины равного давления Обозначим абсолютную скорость воды, поступающей в рабочее колесо, через Cl, а окружную скорость вращения рабочего колеса - через Mi; тогда скорость воды относительно колеса w будет равна геометрической разности скоростей ci и щ (рис. 186). Входные кромки лопаток имеют направление, приближенно совпадающее с направлением скорости Wl. Войдя в пространство между двумя лопатками, поток воды отклоняется от своего первоначального направления и выходит с другой стороны лопатки в направлении W2- Относительная скорость W2 по своей величине может быть принята равной скорости wi, так как

потеря энергии на трение о поверхность лопатки весьма мала. Абсолютная скорость с2 потока при выходе из лопатки получается построением треугольника скоростей по известным w2 и из; при наиболее выгодном режиме работы турбины она очень мала и направлена почти перпендикулярно к системе лопаток.

При втором способе использования мощности напора только незначительная ее часть преобразуется в кинетическую энергию до входа в рабочее колесо турбины, следовательно, вода поступает в рабочее колесо, имея значительное избыточное давление. Поэтому такие турбины называются турбинами избыточно-Рис. 187. План скоростей турбины го давления. Относительная скорость избыточного давления воды wi при ее движении в суживаю-

щемся пространстве между лопатками значительно увеличивается, на что и расходуется оставшаяся часть мощности напора. На наиболее выгодном режиме работы турбины абсолютная скорость с2 воды при выходе из рабочего колеса также очень мала и направлена почти перпендикулярно к системе лопаток (рис. 187).

В турбинах избыточного давления пространство между лопатками по необходимости заполняется водой целиком. В турбинах же равного давления лопаткам рабочего колеса придают такую форму, чтобы поток воды, протекающей между ними, имел свободную, граничащую с воздухом, поверхность. Следовательно, лопатки соприкасаются с водой только с одной стороны, что приводит к значительному уменьшению трения по сравнению со случаем двустороннего соприкосновения.

Если не учитывать трения и центробежного действия в рабочем колесе, то для связи между напором Н и скоростями с и w получается соотношение:

H=j-{cl + wl-wl). (134)

Величина представляет собой часть напора Н, используемую в направляющем приспособлении, а величина (w - wl) - часть напо-

ра Н, используемую в рабочем колесе (для W2 = wi, т.е. для турбины равного давления последняя часть равна нулю).

Теория турбин, основанная на предположении, что все частицы воды получают в рабочем колесе одинаковые отклонения, исходит от

Эйлера. Им же дан вывод так называемого турбинного уравнения, являющегося следствием теоремы о моменте количества движения (см. § 13 предыдущей главы). Обозначим составляющие абсолютных скоростей, перпендикулярные к радиусу вращения, при входе в рабочее колесо и при выходе из него через с и Су., как это принято в теории турбин (вместо wiCos/3i и адгСоз/Зг, как это было сделано в § 13 предыдущей главы). Тогда вращающий момент на вале турбины будет

D = pQ(riCu,-r2Cu,). (135)

Полезная мощность равна

L = Ош,

или, так как пш = ui и Г2С0 = U2,

L = pQiuiCui - изСиз). (136)

С другой стороны, полезная мощность равна

L = i]Lo = mQH, (137)

где Г] есть гидравлический коэффициент полезного действия. Приравнивая правые части равенств (136) и (137) и имея в виду, что j = pg, мы получим:

.1С„,-..С„.

Если вода выходит из пространства между лопатками точно в направлении радиуса вращения, то составляющая с„2 равна нулю, следовательно, в этом случае

иЮиг = VgH-

Из этого уравнения и из построений, сделанных на рис. 186 и 187, следует, что при равных напорах окружная скорость турбины избыточного давления значительно больше, чем у турбины равного давления. По этой причине при небольших и средних напорах устанавливаются всегда турбины избыточного давления, а при больших напорах - турбины равного давления.

С точки зрения современной гидродинамики предположение об одинаковом отклонении всех частиц воды в рабочем колесе турбины является неправильным. В настоящее время пространство между лопатками рабочего колеса турбины избыточного давления не рассматривают больше как канал, в котором течет жидкость; вместо этого