Fag SIO 1043 Strømningslære2: Om Vannturbiner og pumper

Transkript

1 Fag SIO 043 Strømningslær: Om Vanntrbinr og pmpr Bskrivls av nkltlmntr og systmt Tori for rotrnd strømningsmaskinr Elrs trbinligning Karaktristisk tall Hovddimnsjonr for trbinr Pmpr: Tori, klassifisring, karaktristikkr Skalringslovr, dimnsjonsanalys Kompndim: Brkk: Grnnkrs i hydralisk strømningsmaskinr Historikk 750 J.A. Sgnr Raksjonstrbinn 750 Lonard Elr Trbin tori 87 Fornyron Radialtrbin, Hp, D0.5 m 840 Hnshl/Jonval Aksialtrbin Jonval Sgrør 849 Franis Franis trbin 849 Fink Ldapparat for lastrglring 890 Plton Implstrbinn Plton 93 Kaplan Propllrtrbin Kaplan

2 Plton trbin Franis trbin

3 Kaplan trbin Rvrsibl pmp trbin

4 Thr Gorgs rnnr PROTOTYPE Hr 80.6 m Hn min: 6.0 m Hn max: 3.0 m Spd: 75. rpm Pr (80.6 m) : 70. MW D : 9.8m Sor: Canadian Hydro Componnts Ltd.

5 Ovrvann Vannkraftsystmt Svingkammr Gnrator Undrvann Tilløpstnnl Trykksjakt Trbin Sgrør

6 Rglringssystmt Svingsjakt Trtall Rfransr Vntil Rglator Srvo Paramtr Hydralisk nrgi H Tilgjnglig fra natrn P ρgh H fallhøyd vannføring ρ tttht g gravitasjons aks. [ kg m m 3 m ] m 3 s s [ Nm ] [W ] s

7 Hydralisk ffkt Effkt transformring Mkanisk rotrnd ffkt Elktrisk ffkt ρgh Trbin Mω Gnrator UI Grnnlggnd ligningr A v A v v A v A Kontinitt H Statisk nrgi Hastightsnrgi mgh / m gh A H Kraftbalans: ρhag pa P ρgh

8 Brnollis ligning z +h + /g z +h + /g + tap h /g tap /g h z z Hydralisk tap ) Typ friksjonstap proporsjonal md lngdn Dary-Wisbah: L h λ D g λ f(ε,r ) Moody diagrammt For tnnlr brks Manningstallt som tapsfaktor h L M 4/3 R h M avhngig av tnnlaralt ) Singlær tap: Vntilr, bnd, tvrrsnittsovrgangr t. h ξ g ξ finns i håndbøkr

9 Ellr: Effktiv fallhøyd, dfinisjon: H z z + h h + g g H H hydralisk tap G /g tap Trbin dfinrt fra Oppstrøms flns til Utløp sgrør h h /g z z Trbin - konstrksjonsbtinglsr Gitt ffktiv fallhøyd og vannføring Effktiv fallhøyd brtto fallhøyd mins tap (Trbinn skal ikk ha skylda for tap i vannvin) Vannføring valgt t fra hydrologisk forhold, driftstid, ønsk om ffkt llr nrgi Trtallt må vær synkront: n synkr Antall polpar

10 Trbintypr Raksjonstrbinr: - Trbinn omdannr trykk og hastightsnrgi til rotrnd mkanisk nrgi - Trykkforskjll mllo innløp og tløp Franis, Kaplan Implstrbinr: - Hl trykknrgin omdanns til hastightsnrgi før løphjlt - Trbinhjlt omdannr hastightsnrgin til rotrnd makanisk nrgi - Ingn trykkforskjll mllom innløp og tløp Plton Andr btgnlsr: Aksialtrbin Strømning paralllt md maskinns rotasjonsaks Radial trbin Strømning vinklrtt på rotasjonsaksn Halv-aksial Vrtikal aksl Horisontal aksl

11 Raksjonskrftr i krm kanal y R y R x y dl x Nwtons.lov: d dfx ρadl dt dl dt A df ρd x F x r kraftn som virkr på flidt fra vggn R x r raksjonskraftn dvs. virkr på vggn fra flidt : R x -F x Intgrrr: R ρdx ρ ) ρ( ) x R ( x x x x Tilsvarnd for y-rtning: Ry ρ( y y ) På vktorform: R ρ ) x ( x x Lar kanaln rotr om o hva r momntt? Dfinrr -rtning som vinklrtt på radis (tangnt til sirkln) Momnt kraft arm: o a r r a T ρ( a a r osα og a a r osα og osα T ρ( r ) a ) osα Effkt : P Tω og ω r hvor r prifrihastightn Dtt gir: Ellr: P ρ( ωr ωr ) P ρ( ) Elrs trbinligning

12 Hastightskomponntr: ω v prifri hastight v rlativ hastight absoltt hastight o v P ρ( ) + v Innløps og avløpsdiagram Ldskovl α β v β v Løpskovl

13 Dimnsjonsløs størrlsr Rdsrt hastightr: All hastightr skalrs i forhold til Torillis torm H gh v gh gh gh Hydralisk virkningsgrad: η h P P natr P Tω ρ ) P natr ρgh ( ρ ( ) ( ) ηh ρgh gh Ellr: η H h ( g )

14 Innførr rdsrt hastightr: ) ( h g H η gh gh ) ( h gh gh g gh H η ( ) h g η Rdsrt vannføring: Rdsrt vinklhastight: [ ] m gh m gh ω ω Følgnd sammnhng gjldr fortsatt: r A ω

15 Fartstall klassifisring av trbinr Gomtrisk likdannd trbinr, forskjllig i størrls, skal ha samm btgnls t fartstall To gomtrisk likdannd trbinr har samm rdsrt hastightsdiagram: D m m ) ) m π D 4 ωd konst D ωd konst Av lign : Innsatt i lign : ω D konst ω konst konst ω konst Ω ω Fartstall Trbinn dsigns optimal vd t gitt oprasjonspnkt, bstpnktt Gitt av:, H og w (trtall) *- btgnr bstpnktt : * Ω * ω * Et annt klassifikasjonsnmmr r spsifikt ttall : n n q 3/ 4 H n q 89 * Ω

16 η Åpningsgrad η max f (, ω, κ) H Ellr: f ( ω, κ) o κ * o o,,4 * Hvor: κ * Avhngig av trbintyp Pr.df Hvordan aksialsnittt ndrs md Fartstallt Fartstallt: Ω ω llr: Ω ω gh gh D mo B m π D 4 D π 4 m D m D gh ω D ω π DB mo B πd mo Rdsrt hastightr r tilnærmt konstant Øknd fartstall D B økr D og

17 Trbintypr Ω0. Ω 0. Ω 0.4 Ω.0 Ω.5 For my tap Vlgr Plton KAPLAN: Ω.5.5 FRANCIS: Ω 0.. PELTON: Ω