Lopatkové stroje turbíny...

Lopatkové stroje- turbíny- čerpadla

M. Jahoda

Hydromechanické procesy

Lopatkové stroje - rozdělení 2

a) Dle způsobu práce

• generátory turbíny

potenciální, kinetická energie mechanická energie na hřídeli

• motory čerpadla, kompresory

mechanická energie na hřídeli kinetická, tlaková energie

b) Dle geometrie průtočných částí

• axiální

• radiální

• diagonální

Lopatkové stroje - rozdělení 3

Rozdělení turbín

• rovnotlaké Peltonova, Bánkiho, Turgo

• přetlakové

Rozdělení čerpadel

• hydrostatická

• hydrodynamická

• proudová

Kaplanova, Francisova

zubové, vřetenové, lamelové, pístové

odstředivé (radiální), axiální

ejektor, mamutka

Vodní díla - rozdělení 4

- využití energie vody a její přeměna na mechanickou práci

Vodní dílo ležící přímo na hlavním toku

• vodní dílo potoční

• vodní dílo jezové

• přehrady

Vodní dílo ležící mimo hlavní tok

• nízkotlaké – spády do 20 m

• středotlaké – spády do 100 m

• vysokotlaké – spády nad 100 m

• kombinované

Potoční dílo 5

0,6-1m/s

zdroj: mve.energetika.cz/

Korečník na horní vodu

• účinnost 65 – 80%

• od starověku

• spád 2,5 - 10 m

• průtok do 500 l/s

Potoční dílo 6


Ponceletovo vodní kolo


• od r.1826

• spád do 2 m


Střikový hřebenáč


• od středověku

• spád do 0,9 m


Jezové dílo 7

vakový jez

šikmý betonový jez

kolmý betonový jez


Vodní dílo nízkotlaké 8

0,40 – 1 m

~ 0,40 mmax 2 m

(dřevo)


9

- s tlakovým přivaděčem


Vodní dílo nízkotlaké

Vodní dílo vysokotlaké 10

zdroj: mve.energetika.cz/ | www.pla.czPřehrada Pařížov (Doubrava)

Vodní dílo vysokotlaké 11

Přehrada Harcov, Liberec (Lužická Nisa)

1x Banki turbína výkon 11 kW

r. 1904

Rovnotlaké turbíny 12

Bánkiho turbína

Bánkiho turbína


• od r.1918

• spád 1,5 - 200 m


• výkon do 1 MW




Peltonova turbína

Peltonova turbína


• od r.1878 (patent od 1889)

• spád 30 - 200 m, min 1 m, max 1770 m

• průtok 1,5 – 34 000 l/s

• výkon do 200 MW

Lester Allan Pelton (1829 – 1908)

- americký vynálezce



Peltonova turbína


turbína Turgo

turbína Turgo


• od r.1919 (modifikace Peltonovy turbíny)

• spád 10 - 300 m, min 1 m

• průtok 1,5 – 3 200 l/s

• výkon do 8 MW


Gilbert Gilkes

- anglický výrobce čerpadel a turrbín

Přetlakové turbíny 16

Francisova turbína - vertikální

Francisova turbína

• účinnost ~ 90%

• od r.1848

• spád malé od 1,5 - 5 m, velké 30 - 400 m

• průtok malé od 100 l/s, velké >10 000 l/s

• výkon ~10 - 100 MWzdroj: mve.energetika.cz/



Instalace Francisovy turbíny v přehradě Grand Coulee (750 MW),

Columbia River, state Washington, průtok 3 100 m3/s, výkon celkový 6809 MW



Grand Coulee - spirála


Francisova turbína – horizontální


James Bicheno Francis

(1815 – 1892)

- britsko-americký inženýr

- narodil se v Anglii

- 1833 emigroval do USA


Kaplanova turbína – vertikální


Kaplanova turbína

• účinnost ~ 90%

• od r.1912 (1920 patent)

• spád malé od 1 – 70 m

• průtok od 250, max Gabčíkovo 636 000 l/s


Viktor Kaplan (1876 – 1934)

• rakouský inženýr

• 1895 -1900: vídeňská Vysoká škola technická

• stavba strojů a Dieslových motorů

• 1901-1903: strojírny Genz a Co., Leobersdorf u Vídně

• spalovací motory

• 1903: Německá vysoká škola technická v Brně

• konstruktér nauky u strojích, kinematice a strojnictví

• 1912: vynález vodní turbíny

• 1913: vedoucí katedry teorie a stavby vodních motorů, od 1918 profesor

• 1926 čestný doktorát na Vysoké škole technické v Praze


Kaplanova turbína – vertikální

el. generator

axiální ložisko

oběžné kolo

savka

rozváděcí kolo

hydraul. potrubí


Kaplanova turbína – horizontální

Turbíny - užití 24

Turbíny - savka 25

- zužitkování energie vody

- přeměna kinetické energie na tlakovou (Bernoulliova rovnice)

- podtlak pod lopatkami turbíny

Zvýšení parametrů turbín – modifikací savky (usměrňovač proudu)

Skoták A., Obrovský J., 2007. Simulace proudění v savce vodní turbíny pomocí programů Fluent a CFX,

Konference ANSYS 2007, 13.-.15.6.2007, Průhonice

Kamýk Střekov

3x6,5 MW4x10 MW

Vltava Labe

Turbíny - savka 26




Turbíny - savka 27




500K, skewness = 0,99 510K, skewness = 0,82

630K, skewness = 0,82 270K, skewness = 0,99

Turbíny - savka 28




29

zubové

vřetenové

lamelové

pístové

Charakteristika

- zprostředkovávají přímou přeměnu mechanické energie v hydraulickou

- mechanickým tlakem pohyblivého členu na kapalinu se zvyšuje

její tlaková energie přímo

- menší počet otáček větší hmotnost a cena

- složitější regulace průtoku (nelze užít regulace škrcením na výtlaku)

- pro vyšší tlaky (řádově do 50 MPa) a malé průtoky

Hydrostatická (objemová) čerpadla

30Hydrostatická (objemová) čerpadla

Hydrodynamická (odstředivá) čerpadla 31

Charakteristika

- přeměna mechanické energie na energii tlakovou probíhá zprostředkovaně

přes změnu kinetické energie

- hnacím motorem je dodávána mechanická práce – energie oběžnému kolu,

kde se přemění na hydraulickou energii kinetickou, která se ve spirále nebo

v rozváděcím kole dále přemění na hydraulickou energii tlakovou

- dvojí přeměna má za následek nižší účinnost ve srovnání s HS čerpadly

- tekutina protéká spojitě v nepřetržitém proudu

radiální diagonální axiální

Hydrodynamická čerpadla 32

Radiální (odstředivá)


Radiální (odstředivá)

hmot. tok, kg/s

úhlová rychlost, rad

unášivá rychlost ve vzdálenosti r, m/sabsolutní rychlost

do směru unášivé rychlosti, m/s

výkon

frekvence otáčení


Účinnost a příkon čerpadla

celková účinnost čerpadla

- ztráty: hydraulické

objemové

mechanické

Hydraulické ztráty

- ztráty třením, změnou průřezu a směru proudu,

turbulencí a vířením kapaliny v kanálech čerpadla

Objemové ztráty

- zpětné unikání čerpané kapaliny z výtlaku do sání

zpětný průtok, 5 až 10 % průtoku

Mechanické ztráty

- třením hřídele v ucpávkách a ložiskách, ve spojkách a také třením diskovým,

tj. třením bočních stěn čerpadla a oběžného kola o kapalinu v tělese čerpadla

- 0,8 až 0,94 dle kvality provedení a velikosti čerpadla

Řazení čerpadel 35

Sériové řazení odstředivého a objemového čerpadla

- v případě , kdy objemové čerpadlo má špatnou

sací schopnost, např. v důsledku vysokých otáček

- odstředivé čerpadlo slouží jako podávací

Sériové řazení

Paralelní řazení

Kavitace 36

Fázový diagram (voda)

T

p

Kavitace

Var

LED

VODA

PÁRA

Tlak nasycených par

t / °C 10 20 50 80 100

p° /Pa 1 200 2 300 12 330 47 370 101 315

- vznik dutin v kapalině při lokálním poklesu tlaku, následovaný jejich implozí

Kavitace 37

Kavitace 38

Kavitace 39

Kavitace 40

Kolaps na stěně

Kavitace 41

Kavitační poškození

Kavitace 42

Kavitační odolnost

Kavitace – sací výška 43

Maximální (teoretická) sací výška

Thomův kavitační součinitel

Redukovaná sací výška

Kavitace 44

Superkavitace

Kavitace 45

Torpédo „Škval“ (Vichřice) – Rusko

- od r. 1990

- rychlost 100 m/s, dostřel 7 km

- plynová kapsa díky exotermické reakci

peroxidu vodíku a manganistanu vápenatého

- potopilo 12.8.2000 ponorku Kursk ?

K-141 Kursk

Superkavitace

ušetří 25% paliva

Date post:	15-Dec-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	1 times
Download:	0 times

Lopatkové stroje turbíny...

Documents