Energii Regenerabile

LUCRAREA 1

iNcEncAREA TURBTNET PELToN (r)

1. NOTILNI TEORETICE

Turbinele hidraulice sunt magini complexe gi scumpe. Fabricanlii trebuie sd furnizeze

garan{ii de calitate (de exemplu, pentru randament garanliile sunt cuprinse in mod normal

intre * 1%). Nu este rentabil, din punct de vedere economic, sf, se realizeze un prototip al

turbinei concepute qi, din acest motiv, incercdrile se executd pe modele, in condilii de

laborator. Pentru a estima cu precizie caracteristicile turbinei originale pe baza datelor ce

rezultd din incercirile pe modele, aceasta din urmi trebuie sd fie conceputd respectdnd

condilii determinate. In linii mari, aceste condilii trebuie sd, garanteze corespondenJa intre

dimensiunile maginii originale giale maqinii - model, precum qi procesele de funclionare.

Teoria similitudinii permite studierea, pe cale experimentald, a fenomenelor fizice

complexe, aplicAnd metoda simuldrii. Aceastd metodd sebazeazd pe reproducerea gi studierea

proceselor de aceeagi naturd pe modele, diferite de original ca dimensiuni (ele sunt reduse) gi

pe facilitarea accesului la observa{ii.

Incercirile modelelor sunt executate pe baza legilor similitudinii pentru curgeri in

turbinele - model gi in turbinele original. Pentru satisfacerea acestor legi, este necesar sd se

asigure similitudinea geometricS, cinematicd gi dinamicd. In principiu, in prezena

similitudinii, rapoartele intre valorile de acelaqi fel, ce caracterizeazd fenomene similare, sunt

constante qi se numesc coeficien{i de similitudine.

incercdrile pe modele sunt executate in laborato-r pe modele ale turbinelor originale.

care sunt dimensionate pe baza teoriei similitudinii. lncercarile pe modele vizeazd doud

aspecte:

- verificarea experimentald, a rezultatelor oblinute prin studii teoretice;

- verificarea caracteristicilor tehnice prevdzute de proiectan{i.

Acest ultim aspect este foarte important, avand in vedere dezavanlajele verificdrilor

executate pe turbinele original; acestea necesitd mult timp gi multe mijloace, pe de o pafte, iar

pe de alta pafte, precizialor este mai micd decAt a celor efectuate pe modele. De asemenea,

existd situalii in care nu se pot efectua lucr[rile necesare pentru executarea incercdrilor pe

turbinele original (de exernplu, imposibilitatea de a varia cdderea).

incercdrile pe modele se disting printr-o mare precizie, iar costul lor, comparativ cu

cel al incercdrilor in naturd, este mult inferior.

Condiliile necesare realizdrii incercdrilor pe modele sunt asigurate prin intermediul

standurilor oentru incercdri de turbine.

incercdrile pe modele au o mare importanld-pentru construclia turbinelor hidraulice in

ceea ce privegte valorile randamentelor garantate. In principiu, randamentul determinat prin

incercdri pe modele ale turbinelor hidraulice este inferior celui al turbinelor originale, de

dimensiuni mult mai mari. Motivul principal este valoarea crescutd a pierderilor hidraulice din

turbina - original fa{d de turbina - model. Cregterea randamentului unei turbine hidraulice,

conrparativ cu randamentul unei turbine similard geometric, dar de dimensiuni reduse, se

numegte efect de scard.

Stabilirea relaliei dintre valorile principale care caracterizeazd func{ionarea turbinei

are o mare imporlan{d practica. Datoritd acestei relalii a fost posibil sd se treacd, in ceea ce

privegte construc{ia turbinelor, de la elaborarea separatd a fiecdrui exemplar, la realizarea unei

2

serii, modelul o datd realizat, repetdndu-se apoi in serie sub forma unor turbine de diferite

dimensiuni.

Aceasta a creat posibilitatea ca, prin respectarea similitudinii geometrice, si se

reproducd modelele, a cdror perfec{ionare necesitd investi{ii importante, ieftinindu-se in acest

fel fabricalia turbinelor.

Pentru a stabili proprietdlile unei serii de turbine, uzina producdtoare face in laborator

incercarea modelelor executate la scari redus[ (diametrul rolii - aproximativ 0,2 - 0,5 m).

Caracteristica stabilitd pe baza incercdrii, rdmAne valabilS, in virtutea legii similitudinii,

pentru toatd seria turbinelor asemdnbtoare din punctul de vedere geometric, independent de

dimensiunile lor. ' incercirile de laborator sunt executate, de obicei, la o presiune constantd, variindu-se

insd gradul de deschidere al injectorului.

Spre exemplu, o serie de incercdri se executi pentru deschiderea completd a

injectoruiui. La mersul in gol, turbina dezvoltd turalia maxim posibilS, iar pe mdsura creqterii

cuplului de frfinare, turafia se reduce, pdn[ se ajunge la oprirea completi a turbinei, adicd pdnd

lan=0.

Puterea dezvoltatd de turbind rezultd din relalia P : M .f); daci M este exprimat in

lVm,iar Q - in rad/s, puterea se obline inW.Este evident cd puterea va avea valoarea 0 de

doud ori: la n = 0 (turbina fr6nat[) qila M = 0 (mers in gol).

Randamentul turbinei poate fi calculat imediat, cu raportul rt: P I Pn, unde Pp

reprezintd puterea hidraulicd a turbinei, care se poate determina cunoscdnd debitul qi ciderea

turbinei.

Dacdcorela{iadintre M, P girespectiv rT,pede oparte, giturafia n,pedealtiparte,

se exprimd in mod grafic, se oblin aga - numitele carscteristici principale ale turbinei.

Forma acestor caracteristici este reprezentati in figura I '

Schimbdndu-se deschiderea injectorului, se poate ob{ine o familie de astfel de curbe, a

c6ror reprezentare este de forma prezentatd in figura 2 (s-a reprezentat doar familia de

caracteristici corespunzdtoare puterii la arborele turbinei)'

Fig. 2. Familia curbelor P: f (n) ale turbinei Pelton, pentru trei pozilii ale

deschiderii inj ectoru lui.

Turalia la care se obtine puterea maximA a turbinei, pentru deschiderea completa a

injectorului, se noteaza cu nn q reprezintA tura{ia normald a turbinei, la presiunea dat6'

2. CHESTIUNI DE STUDIAT

Lucrarea urmdre$te exemplificarea modului de incercare qi de trasare a unui set de

curbe caracteristice pentru modelul uneiturbine Pelton'

Se vor trasa, pentru o cAdere constant[ gi deschidere completd a injectorului,

urmdtoarele caracteristici principale :

a. Curba cuplu funclie de turalie, M = f (");

b. Curba putere funclie de turalie, P = f (n);

c. Curba randament functie de tura{ie, rt = "f (n)'

3. SCHEMA DE MONTAJ

pentru determinarea datelor necesare trasdrii caracteristicilor precizate la punctul 2, se

utilizeaz1 standul de incercdri echipat cu o turbind Pelton, prezentat in figura 3. Alimentarea

cu apd a standului este asiguratd de un stand hidraulic, a cdrui schemd este prezentatb in figura

4.

Elementele componente ale standului din figura 3 sunt:

| - SuPorl de suslinere

2 - Injector cu secliune reglabi16

3 - Dispozitiv pentru modificarea secJiunii injectorului

4 - Acul injectorului

5 - Roata turbinei

6 - Carcasa turbinei

7 - Manometru antivibralie cu glicerind

8 - Variator de cuPlu

9 - Dinamometre

l0 - Fereastta de vizitare a turbinei'

Turbina Francis si Pelton