Основные характеристики турбины.

Движение жидкости называют течением, а совокупность частиц движущейся жидкости потоком. При описании движения жидкости определяют скорости, с которыми частицы жидкости проходят через данную точку пространства. Если в каждой точке пространства, заполненного движущейся жидкостью, скорость не изменяется со временем, то такое движение называется установившимся, или стационарным. Как известно, неподвижная жидкость в сосуде, согласно закону Паскаля, передает внешнее давление ко всем точкам жидкости без изменения. Но когда жидкость течет без трения по трубе переменного поперечного сечения, давление в разных местах трубы неодинаково. Так как жидкость несжимаема, то =  или  для несжимаемой жидкости. Это соотношение называется уравнением неразрывности.Из этого уравнения = , т.е. скорости жидкости в двух любых сечениях обратно пропорциональны площадям сечений. Это значит, что частицы жидкости при переходе из широкой части трубы в узкую ускоряются. Следовательно, на жидкость, поступающую в более узкую часть трубы, действует со стороны жидкости, еще находящейся в широкой части трубы, некоторая сила. Такая сила может возникнуть только за счет разности давлений в различных частях жидкости. Так как сила направлена в сторону узкой части трубы, то в широком участке трубы давление должно быть больше, чем в узком. Учитывая уравнение неразрывности, можно сделать вывод: при стационарном течении жидкости давление меньше в тех местах, где больше скорость течения, и, наоборот, больше в тех местах, где скорость течения меньше. К этому выводу впервые пришел Д. Бернулли, поэтому данный закон называют законом Бернулли[11].

Применение закона сохранения энергии к потоку движущейся жидкости позволяет получить уравнение, выражающее закон Бернулли[11]:

Если трубка не горизонтальная, то надо учитывать и гидростатическое давление жидкости. Уравнение Бернулли будет иметь вид [11]:

В данной формуле водорасхода:

· под q принимается расход в л/с,

· V – определяет скорость гидропотока в м/с,

· d – внутреннее сечение (диаметр в см)[10].

Для вычисления необходимо дополнительно установить:

· длину трубопровода (L),

· коэффициент потерь, который зависит от шероховатостей стенок трубопровода,

· турбулентности, кривизны и участков с запорной арматурой (λ),

· вязкость жидкости (ρ)[10].

Количество электроэнергии, получаемой на каком-то конкретном месте свободного потока приводящего в движение турбину микро ГЭС можно рассчитать, используя следующие уравнения:

Р = g Q·H.
n = Q·s·g·Н
Q= π·d^2·v/4
N стр = π·d^2·s·v^3/4

где Р - мощность (Вт);

Q - расход воды (л/сек);

H - полный гидростатический напор (м):

n - скорость вращения работающего рабочего колеса - турбины (об/мин.);

N _стр - мощность струи потока;

s - сечение потока (м“);

g = 9.8 м/с² ускорение свободного падения: d - диаметр рабочего колеса (м);

Величина гидростатического напора может быть значительной (как в водопаде) или небольшой. Реально получается, что энергия будет зависеть от того, насколько эффективно вода доставляется от вершины конструкции до ее основания (зависит от длины, размера и типа используемой трубы). Затем насколько эффективно энергия конвертируется в электричество.

Далее, электроэнергия передается от генератора до места использования – жилые здания, оборудование, и т.д. На этом участке также теряется часть энергии. Обычно высокоэффективная энергосистема требует более высоких затрат. При условии, что система обладает достаточным гидростатическим напором и расходом (дебитом) воды, рассматриваются другие аспекты – затраты на рабочую силу, материалы и проч. В каждом отдельном случае эти компоненты широко разнятся.