Technická fakulta ČZU Praha Autor:
Jan Chyba
Semestr: letní 2007
Vodní elektrárna za pomoci Peltonovy turbíny (s malým výkonem)
Peltonova turbína Peltonova turbína je rovnotlaká tangenciální turbína. Voda proudí na lopatky lžicovitého tvaru za pomocí dýzy ( dýz ) tečně jako kruhový paprsek jenž je regulován za pomocí jehly která jest součástí dýzy. Voda dopadající na lopatky vyvýjí sílu která způsobí pohyb rotoru turbíny. Její efektívita je velmi závislá na tlaku vody.Jelikož voda je jen obtížně stlačitelná, téměř všechna její energie je předána turbíně. Proto stačí pouze jediné oběžné kolo k převedení energie vody na energii rotoru.
Dle této tabulky jsme použili výchozí hodnoty pro spád 44m a pro průtok 35,8 litrů/sekundu Další příklady použití peltonovy turbíny jest například v přehradních nádržích i přečerpávacích elektránách kde je spád vody mnohem větší ( řádově stovky metrů ) nevýhoda v těchto elektrárnách je že peltonova turbína nemůže fungovat jako čerpadlo, tudíž zde musí být umístěno externí čerpadlo. Lze vzužít i větší počet dýz na jedno oběžné kolo viz obrázky příkladů.
Takto lze umístit kolo s lopatkami jak vertikálne( použití až 6-ti kusů dýz ) tak horizontálně ( maximálně 2 dýzy ) Rozhodl jsem se použít jednu dýzu s vertikálním umístěním oběžného kola Turbína je citlivá na dodržení jmenovitých otáček jinak ztrácí na výkonu U delšího potrubí nutno počítat se ztrátami Prostor turbíny je zavzdušněn Hřídel se skříní nesmí být utěsněn ztráty Pro úplné zastavení vodního průtoku nestačí regulovat jen jehlou, součástí musí být i šoupátko popřípadě jakýkoli ventyl použitelný do daných hodnot tlaků etc. Pro spády menčí než-li 30m se peltonova turbína nestaví.
Zadané hodnoty 3
H := 44m Q := 0.0358 Výpočty pro lopatku
m
sec
C 1 := r1 ⋅ 2 ⋅ g⋅ H
r1 := 0.97
g = 9.807
m sec
C 1 = 28.495
2
m sec
Tudiž dosadíme
d :=
4⋅ Q 3.14⋅ C 1
d = 0.04 m
Průměr paprsku je d := 40mm Výpočet pro lopatku a := 2.16325⋅ d
a = 86.53 mm
b := 3 ⋅ d
b = 120 mm
e := 0.80575⋅ d
e = 32.23 mm
l := 2.5⋅ d
l = 100 mm
a1 := 0.54825 ⋅ d
a1 = 21.93 mm
t := 0.75⋅ d
t = 30 mm
Průměr kola jest rozněr mezi středy vody dopadající na lopatky,počítáno pro 26 lopatek Ds := 30⋅ d
3
Ds = 1.2 × 10 mm
Výpočet pro dýzu D := 1.2⋅ d
D = 48 mm
d 1 := 1.75⋅ d
d 1 = 70 mm
d 2 := 0.6⋅ d
d 2 = 24 mm
L := 3.25⋅ d
L = 130 mm
Světlost s := 3.6⋅ d
s = 144 mm
Maximálni zdvih jehly
z := 1.16⋅ d
z = 46.4 mm
α := 42deg
β := 80deg
Obvodová rychlost
frekvence otáček
a1 := 0.67
H := 44m
g = 9.807
sec
m
u := a1 ⋅ g⋅ H
u = 13.918
Ds := 1200mm
a1 := 19100
u f := a1 ⋅ Ds
f = 2.215 × 10 Hz
2
sec
5
3
Výkon s předpokládanou účinností 80% ρ := 1000⋅
m
Q := 0.0358⋅
m
sec
H := 44⋅ m
g = 9.807
m sec
2
kg 3
m
P := 0.8⋅ H⋅ ρ ⋅ Q⋅ g
4
P = 1.236 × 10 watt
Závěr: Pro turbinu se spádem 44m a průtokem 35,8lirt/sec jsem získal výkon 12KW, to se řádí mezi menčí elektrárny. Tato turbina se většinou používá pro spády mnohem větší, řádově stovek metrů, většina firem se nezabíva výrobou Peltonových turbin, jenž jsou pod hranicí spádu 120m. V mé práci byli použíty něktré empirické rovnice, jenž se museli doplnit o jednotky aby výsledná jednotka korespondovala s veličinou. Pro tyto vzorce jsem nenašel jiné varianty, jenž by se do práce hodili. V tomto směru mohlo dojí k menčím nepřesnostem ve výpočtech. Vzhledem k tomu, že AutoCad neni přizpůsoben práci v 3D prostředí, jako jiné programi specializované pro tuto práci, jsou některé prvky práce v tomto programu zanedbány(zjednodušení lopatek etc.), z důvodů malé praxe i schopností programu. Práce měla obsahovat schema elektrárny podrobněji, než-li byla provedena, ale z důvodů zastaralého počítače jenž jsem použil jsem zvolil jednoduchou představu elektrárny. Taktéž ventil byl zjednodušen z původniho předpokládaného s nestoupavým vřetenem na jednoduchou představu ventilu.
Odborná literatura, internetové odkazy: Taschenbuch für den maschinenbau-herausgegeben von H.Dubbel IInapsal:Prof.Dr.Ing.H.Baer-Breslau a kol. Vydáno: Berlin,Verlag von Julius Springer 1924 Strojírenská příručka, svazek 4 napsal:Ing.R. Kříž, Ing. P. Vávra Vydáno: Praha,Scientia 1994 Strojně technická příručka napsal: Ing. S. Černoch Vydáno: Praha,SNTL 1959 Energetika http://mve.energetika.cz/primotlaketurbiny/pelton.htm Wikipedia http://cs.wikipedia.org/wiki/Peltonova_turb%C3%ADna Flow analysis inside a Peltonturbine Bucket 1 http://www.legi.hmg.inpg.fr/cavit/Data/Publis/JTM-TURBO-04-1179.pdf
