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7 da azione a reazione tubo diffusore, Thesis of Machine Learning

molto importante

Typology: Thesis

2015/2016

Uploaded on 04/20/2016

ARNOLD89
ARNOLD89 🇨🇦

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bg1
Da ugelli Pelton a chiocciola e distributore palettato Francis
Alimentazione parziale della girante a
pressione atmosferica
Alimentazione totale della girante a pressione
maggiore dell’atmosferica
equivalente a 16 ugelli affiancati6 ugelli
Da macchine ad azione di tipo Pelton a macchine a reazione
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pfa
pfd
pfe
pff

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Da ugelli Pelton a chiocciola e distributore palettato Francis

Alimentazione parziale della girante a

pressione atmosferica

Alimentazione totale della girante a pressione

maggiore dell’atmosferica

6 ugelli equivalente a 16 ugelli affiancati

Da macchine ad azione di tipo Pelton a macchine a reazione

Macchina ad azione

Macchina a Reazione

Grado di reazione

L’energia elastica di pressione viene

utilizzata in girante per accelerare il

flusso relativo e ottenere una spinta, la

girante ha a disposizione al suo ingresso

un fluido a pressione elevata

L’energia elastica di pressione viene

utilizzata nel distributore per accelerare

il flusso assoluto, la girante ha a

disposizione al suo ingresso solo energia

cinetica

ERONE di Alessandria o il Vecchio

I secolo d.C.

L'eolipila (sfera di Eolo) o motore di Erone può essere considerata

l'antenata della turbina a vapore a reazione. Ideata nel I secolo d.C. dal

matematico e scienziato greco Erone il vecchio, è costituita da una sfera

che si mantiene in rotazione per effetto del vapore contenuto al suo

interno che fuoriesce con forza da due tubi sottili a forma di “L”.

L'eolipila

Hm

Pelton

Francis

Kaplan

Elica

Q  m /s 

3

2001750

20400

340

0. 520

2150

7400

FRANCIS lenta FRANCIS media

Turbine ad elica

Turbine ad elica

a pale

orientabili

KAPLAN

FRANCIS veloce

PELTON

Numero di giri caratteristico (specifico)

3 / 4

2

1

_ H

P

n n

CV

c CV

18-72 55-120 120-200 200-450 270-

Turbine FRANCIS

In girante il flusso relativo viene accelerato facendo fuoriuscire il fluido con una forte componente

tangenziale nel verso opposto a quello di rotazione.

E’ la variazione del flusso di quantità di moto in direzione tangenziale a determinare sulla girante la

spinta nel verso opposto (effetto reazione)

Dati di dichiarati (Della Volpe pag.484)

Potenza 417 MW

Salto motore 115 m

Velocità di rotazione 120 rpm (25 coppie polari)

253 [rpm ]

H

Q n 3. 65 n 4

3

2

1

c    

411 [ms ]

    1. 9

417 e 6

H

P Q

3  1    

  

Turbine FRANCIS

Perdite allo scarico

Turbine ASSIALI ad elica

Dati di dichiarati (Della Volpe pag.487)

Potenza 47.07 MW

Salto motore 36.7 m

Velocità di rotazione 187.5 rpm (16 coppie polari)

553 [rpm ]

H

Q n 3. 65 n 4

3

2

1

c    

145 [ms ]

      1. 9
  1. 07 e 6

H

P Q

3  1    

  

100 15 % H

2 g

c

  1. 6 m

2 g

c

  1. 5 m/s D 4. 2 m

  2. 2

4145

D

4 Q c

2 2

2 2

2 2 2 2

2

 

 

 

 

Perdite di energia cinetica

allo scarico senza diffusore

Perdite allo scarico

0

2

1

z = 0

z 2

3

0

2

1

z = 0

z 2

3

0 2 p 0 1 p 1 2

H H h h

g

l

 

2 3 p 2 3

2

3

2

2

2

p 2 3

2

3

3

atm

3

2

2

2

atm

2

z z h

2 g

p c c

h

2 g

p p c

z

2 g

p p c

z  

2 g

p p c

H z

h

p

z

2 g

p p c

H z

2

2

2

atm

2 2

pA 0

atm

A

2

0

0

atm

0 0 H^0 è lo stesso nei due casi

H 2 invece dipende dal valore della pressione di scarico

che assume nei due casi valori diversi

La pressione allo scarico della girante, può essere ricavata applicando l’eq. dell’energia tra le sezioni 2 e 3

Carico totale

all’ingresso della macchina

Carico totale

all’uscita della girante

Perdite nel distributore

Perdite nella girante

Si tratta di una depressione dovuta:

  • alla conversione di energia cinetica in pressione (se è presente l’idrocono)
  • al fatto che la girante scarica ad una quota superiore a quella del pelo libero del serbatoio di scarico

Confronto condotto di scarico a sezione costante e sezione crescente (idrocono di scarico)

Lunghezza idrocono e necessità di disposizione orizzontale (esempio numerico per una turbina Kaplan)

Turbina Kaplan pag.487 Della Volpe

Potenza [MW] 47.07 Portata [m3/s] nc

salto [m] 36.7 145.3 553

rendimento 0.

giri [rpm] 187.5 16 coppie polari

D c2 c2^2/2g (c2^2/2g)/H*

4.2 10.5 5.6 15.3 % Semiangolo idrocono [ °]

7

c3/c2 c3 D3 Perdita% Recupero% (c2^2-c3^2)/2 Lunghezza [m] Depressione in aspirazione con disposizione dell'idrocono verticale [m]

1 10.5 4.2 15.3 0.0 0.0 0.

0.9 9.4 4.4 12.4 2.9 1.1 0.9 2.

0.8 8.4 4.7 9.8 5.5 2.0 2.0 4.

0.7 7.3 5.0 7.5 7.8 2.9 3.3 6.

0.6 6.3 5.4 5.5 9.8 3.6 5.0 8.6 LIMITE CAVITAZIONE

0.5 5.2 5.9 3.8 11.5 4.2 7.1 11.

0.4 4.2 6.6 2.4 12.8 4.7 9.9 14.

0.3 3.1 7.7 1.4 13.9 5.1 14.1 19.

0.2 2.1 9.4 0.6 14.7 5.4 21.1 26.

0.1 1.0 13.3 0.2 15.1 5.5 37.0 42.

0.0001 0.0 420.0 0.0 15.3 5.6 1693.2 1698.

Depressione dovuta

al recupero di energia

cinetica

Depressione dovuta alla disposizione dello scarico della

macchina al di sopra del pelo libero

(con idrocono ad andamento verticale)

Depressione totale in aspirazione

(a meno delle perdite)

2 g

c c

2

3

2

2

 ^ 

2 3

z z

2 3

2

3

2

2

2

z z

2 g

p c c

 

Al limite di incipiente cavitazione (assunto intorno

agli 8.6 mH 2 O di depressione) con andamento

verticale del tubo diffusore si può recuperare al

massimo circa il 10% della perdita di energia

cinetica di scarico.

Volendo recuperare di più occorre passare ad una

soluzione con tubo diffusore ad andamento in parte

orizzontale.

Realizzando una lunghezza complessiva di circa

37m si scaricherebbe a 1m/s recuperando quasi

tutto l’energia cinetica all’uscita della girante

(Si è assunto per l’idrocono un semiangolo al vertice di 7 °)

0 2 p 0 1 p 1 2

H H h h

g

l

 

B

p 0 1 p 1 2

2

2 2

atm 0 2

A

p 0 1 p 1 2

2

2 2

atm 0 2

A B

h h

2 g

p p c h h H z

2 g

p p c H z

g

l

g

l

  

   

  

   

 

   

Confronto soluzioni con stessa pressione di scarico (e stessa c2) ma quota di scarico della girante diversa

2 B 2 A

A B

z z

g

l

g

l

  

Trascurando la differenza determinata dalla variazione delle perdite d’impianto nei due casi

(nel caso sotto battente la lunghezza complessiva delle tubazioni di monte e valle aumenta)

E assumendo le stesse le perdite nella girante e nel distributore

Con p2 al limite di cavitazione, mettendo la turbina a scaricare al di sopra del pelo libero del

serbatoio non le si consente di utilizzare (se necessario) un’ulteriore riduzione di pressione per

recuperare energia cinetica.

Sempre con p2 al limite di cavitazione, mettendo la turbina sotto battente si può sfruttare

l’abbassamento di quota e quindi l’incremento di pressione per recuperare energia cinetica

(Se si trascura in prima approssimazione l’effetto delle

perdite di carico si può assumere che H0 sia lo stesso anche

variando la quota della turbina)

La depressione generata dal tubo diffusore è la stessa ma per la

turbina a quota minore essa viene ottenuta abbassando maggiormente

l’energia cinetica di scarico e quindi recuperando più energia.

La turbina a quota maggiore recupera meno (ino parte la depressione

è dovuta all’innalzamento di quota)

dR

l

cono

R

g

R

c / 2 g

2

0

p /0

cR

2

2

3 c R scarico

 

Chiocciola Distributore Girante Idrocono

scaricoR 23

R 0 (^) 0  01  lR 12  RR

Scarico

id m

id turb gH

l

l

l

  _ 

m

chioc distr gir diff scar

id

i

id i

id turb

gH

R R R R R

l

l R

.....

_

1

   

 

m id

gH  l

Rendimento idraulico- Forma indiretta

Rendimento idraulico- Forma diretta

0

3

m c d g cono sca

l  gH  R  R  R  R  R

limite_cav itazione

p p

 

 

En. Elastica di pressione

En. cinetica

Lavoro

Quota

bacino di

scarico

Quota

scarico

girante

dR

l

conoR

g

R

c / 2 g

2

0

p /0

cR

0

2

2

3   

c

R scarico

Chiocciola Distributore Girante Idrocono

scaricoR 23

R 0 (^) 0  01  lR 12  RR

Scarico

id m

id turb gH

l

l

l

  _ 

m

chioc distr gir diff scar

id

i

id i

id turb

gH

R R R R R

l

l R

.....

_

1

   

 

m id

gH  l

Rendimento idraulico- Forma indiretta

Rendimento idraulico- Forma diretta

0

3

m c d g cono sca

l  gH  R  R  R  R  R

limite_cav itazione

p p

 

Incremento di lavoro

Diminuzione quota girante

Quota

bacino di

scarico

Quota

scarico

girante

En. Elastica di pressione

En. cinetica

Lavoro