gnutek, W9 - mechaniczno-energetyczny

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

0x08 graphic
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.

Turbiny wodne

Dzielimy na dwie grupy:

-akcyjne

-reakcyjne

Turbiny wodne-maszyny, które przetwarzają energię wody na energię mechaniczną. Aby uzyskać energię mechaniczną 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 energię 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 z wirnikiem jest równe ciśnieniu atmosferycznemu. Wzdłuż łopatek wirnika woda przepływa ruchem jednostajnym.

Turbinie reakcyjnej tylko część energii potencjalnej spiętrzonej wody przekształca się w nieruchomej kierownicy pod wirnikiem na energię kinetyczną 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. Pracę 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 i maleje przy przepływie

Moc użyteczną (kinetyczna) turbiny wodnej „Pu” określamy zależnością:

0x08 graphic

Pu=ၨ_oဪၤ*Q*g*H [W-wat]

ၨ_o- sprawność ogólna turbiny

ၤ - gęstość wody(1000kg/m³)

Q - strumień objętości cieczy przepływającej przez turbinę [m³/sek]

H - różnica poziomów cieczy zwana spadem [m]

g - przyśpieszenie ziemskie [m/s²]

Parametry największych turbin wodnych:

500 MW

przepływność 1000m³/s

spadek w granicach 1,5Ⴘ2300m

ၨ_o= 0,8Ⴘ0,94

sprawność 90%,

średnica wirnika 0,2 -4 m 0,25 - 10 m

moc 30MW 100MW

Podstawowe równanie turbin wodnych

Wirnik obraca się dookoła osi O z prędkością kątową ၷ. Linia 1,2 przedstawia zarys łopatki wirnika. Cząstki cieczy wpływające do wirnika przez powierzchnie walcową r₁ z prędkością bezwzględną c₁ i wpływające zaś przez powierzchnię walcową r₂ z prędkością bezwzględną c₂.

Prędkość c₁i c₂rozkładamy na prędkość unoszenia u₁i u₂oraz prędkość względną w₁i w₂.

Kąty zawarte miedzy wektorami prędkości bezwzględnej, a prędkości unoszenia oznaczamy przez ၡ₁,ၡ₂

a kąty zawarte między prędkościami względnymi, a ujemnymi wartościami unoszenia przez ၢ₁,ၢ₂.

Składowa obwodowa prędkości c₁,i c₂ jest określona przez składową obwodową prędkości C_u1i C_u2.

Całkowity moment obrotowy jaki płynący strumień wytwarza oddziałując na ścianki łopatek jest równy zmianie momentów ilości ruchu w jednostce czasu wywołanej zmianą składowej obwodowej prędkości C_u na drodze od krawędzi wlotowej do krawędzi wylotowej łopatek. Moment „M” jest równy:

M =
Q(r₁C_u1-r₂C_u2)