Turbiny wodne: akcyjne i reakcyjne. (zmieniają e pot wody na e. mech)

Turbiny wodne są to maszyny, które przetwarzają energię wody na energię mechaniczną, aby uzyskać energię mech woda musi być spiętrzona w sposób naturalny lub sztuczny. Podstawowym elementem każdej turbiny jest obracający się wirnik z łopatkami.

W turbinach akcyjnych energia potencjalna spiętrzonej wody w całości przekształca się, w en kinetyczną strugi, jeszcze przed wirnikiem turbiny w nieruchomej kierownicy lub dyszy. Ruch obrotowy wirnika uzyskuje się w skutek naporu strugi na jego łopatki. Ciśnienie strugi przed i za wirnikiem jest = ciśnieniu atmosferycznemu. Wzdłuż łopatek wirnika woda przepływa ruchem jednostajnym.

W turbinie reakcyjnej tylko część en pot spiętrzonej wody przekształca się w nieruchomej kierownicy przed wirnikiem na en kinetyczna strugi. Pozostała część zamienia się na energię kinetyczną dopiero na łopatkach wirnika. Kanały miedzy łopatkami wirnika zwężają się w kierunku wypływu wody. Zwiększa się wtedy prędkość strugi, a ciśnienie maleje. Prąd wirnika turbiny reakcyjnej zawdzięcza się przede wszystkim działaniu reakcji hydrodynamicznej strugi na łopatkach wirnika. Ciśnienie wody przy wejściu na łopatki wirnika jest większe od atmosferycznego atmosferycznego maleje przy przepływie.

Moc użyteczną turbiny określamy w zależności: Pu= qQHYo

Yo- sprawność ogolna turbiny, g- przyspieszenie ziemskie, Q- strumien objętości cieczy przepływowej przez turbinę, H- różnica poziomów cieczy zwana spadem w m.

Podstawowe równanie turbin wodnych.

Wirnik obraca się dookoła osi O z prędkością omega (V-ko). Linia L2 przedstawia zarys łopatki wirnika, cząstki cieczy wpływającej do wirnika przez powierzchnię walcową V1 z prędkością bezwzględną C1 i wypływające zaś przez powierzchnię walcową V2 z prędkością bezwzględną C2. Prędkość C1 i C2 rozkładamy na prędkość unoszenia U1 i U2 i prędkość względną W1 i W2.

Kąt zawarty między wektorami prędkości bezwzględnej, a prędkością unoszenia oznaczany przez alfa1 i alfa2. A kąty zawarte miedzy prędkościami względnymi, a ujemnymi wartościami prędkości unoszenia Beta1 i beta2.

Składowa obwodowa prędkości C1 i C2 jest określona przez składową obwodową prędkości Cu1 i Cu2. Całkowity moment obrotowy, jaki płynący strumień wytwarza oddziałując na ścianki łopatek jest równy sumie prędkości Cu. Na drodze do krawędzi wylotowej do krawędzi wylotowej łopatek. M=j/g x Q(r1Cu1 - r2Cu2),Cu1= C1 cos alfa1,ACu2= C2 cos alfa 2. moc reakcji hydrodynamicznej strumienia przepływającego przez silnik turbiny , a zatem moc przekazywana turbinie przez wodę: N = M x ω = j/g x Q(r₁ωc₁cosά₁ - r₂ωc₂cosά₂), u₁, (u₂ )= r₁ (r₂) x ω jest to prędkość obwodowa, N = γ x j x Q x H

Turbina wodna o otwartej komorze.

T- turbina, G- generator, Ha- wysokość środka geometrycznego przekroju dopływu AA,

Hb- wysokość środka geometrycznego przekroju dopływu BB.

Wielkości Ha i Hb związane są poziomem.

Ca- średnica prędkości przepływu w przekroju dopływu AA, Cb różnica prędkości odpływu w przekroju BB, Hz- różnica poziomów zwierciadła wody górnej i dolnej.

Wysokość energii w przekroju dopływu AA odniesienia do płaszczyzny O-O wyrażono w [m] wynosi Ea= Ha + /2g.

Wysokość energii w przekroju B-B ( ten wzór, co wyżej tylko b)

Różnica wysokości energii w przekroju wynosi H= H2 + /2g - /2g

Moc użyteczna: N= JQH/ 102 [Kw], J- ciężar właściwy wody, Q- przepływ lub przepływność turbiny.

Współczesna technika do kwestionowania turbin o cechach: duża moc, pracuje nawet pod małym spadem, przy dużej przepływności. Psy takich cechach możemy uzyskać duże prędkości obrotowe.

---