Візуалізація потоку води, що проходить через порожнину ротора турбіни поперечного потоку

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.154896

Ключові слова:

дуга входу сопла, режим потоку, робочі характеристики турбіни поперечного потоку

Анотація

Гідроелектростанції є однією з форм поновлюваних джерел енергії, що надходить з проточної води. Турбіна використовується для запуску генератора і перетворення механічної енергії в електричну. Колесо турбіни розташоване всередині корпусу турбіни і обертає привідний вал. Однією з найбільш поширених турбін є турбіна поперечного потоку. На характер потоку води, що протікає через порожнину ротора турбіни поперечного потоку, впливає кількість активних лопатей ротора, об які б'ється вода з сопла турбіни. Вважалося, що відмінність в характері потоку пов'язане з відмінностями в продуктивності трьох моделей турбін. Візуалізації потоку води, що проходить через порожнину ротора турбіни поперечного потоку, були взяті з експериментального дослідження робочих характеристик трьох моделей турбіни поперечного потоку, розрахованих на одні і ті ж значення витрати, діаметрів ротора і швидкостей обертання, але кожна модель турбіни має різні значення ширини ротора і дуги входу сопла. Ширина сопла і ротора розрахована як функція дуги входу сопла, тому чим менше ширина пари ротора і сопла, тим більше дуга входу сопла і навпаки. Візуалізації потоку води, що проходить через турбіну, були вивчені за допомогою порожнини турбіни поперечного потоку. Три моделі були випробувані з однаковим напором і з однаковим витратою на швидкості 50, 100, 150, 250, 300 і 500 об/хв. Були зроблені знімки води, що проходить через порожнину роторів моделі турбіни, для визначення умов потоку, і була розрахована ефективність моделей для відображення продуктивності турбіни. Зображення зроблені в межах 10 см і паралельно турбіні. Моделі турбіни поперечного потоку були спроектовані з діаметром ротора по 197 мм кожен і відношенням діаметра ротора до довжини ротора 1:2. Одна сторона кожного торцевого диска моделі турбіни була зроблена з прозорого матеріалу Перспекс, що полегшувало досліднику спостереження за режимом потоку води під час протікання всередину ротора. Умови потоку води, що проходить через порожнину турбінних коліс, були сфотографовані за допомогою камери Нiкон, оснащеної галогеновою лампою потужністю 1000 Вт для фіксації різниці в характері потоку між трьома моделями турбіни. Дуги входу сопла, що використовуються в даному експериментальному дослідженні, становили 75°, 90° і 120°. Крім того, сопло кожної моделі має однакову площу поперечного перерізу, а кришка має радіус кривизни, центрований по осі вала. Очікувалося, що така кривизна кришки сопла зможе доставляти воду в кращому напрямку, а також в режимі її потоку, коли вода надходить в ротор турбіни. Величина дуги входу сопла визначає кількість активних лопатей, об які б'ється струмінь води, що виходить з сопла. Ці умови впливають на картину потоку води в момент проходження через порожнину колеса турбіни. Передбачалося, що даний режим потоку впливає на робочі характеристики турбіни поперечного потоку. Одна сторона кожного диска ротора була зроблена з Перспекса, щоб дослідник міг спостерігати за режимом потоку води під час проходження всередину ротора

Спонсор дослідження

  • Brawijaya University

Біографії авторів

Djoko Sutikno, Brawijaya University Jl. Mayjen Haryono, 167, Malang, Indonesia, 65145

Doctorate

Department of Mechanical Engineering

Rudy Soenoko, Brawijaya University Jl. Mayjen Haryono, 167, Malang, Indonesia, 65145

Doctor of Technological Sciences, Professor

Department of Mechanical Engineering

Slamet Wahyudi, Brawijaya University Jl. Mayjen Haryono, 167, Malang, Indonesia, 65145

Doctor of Technological Sciences, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering

Sudjito Soeparman, Brawijaya University Jl. Mayjen Haryono, 167, Malang, Indonesia, 65145

Professor

Department of Mechanical Engineering

Посилання

  1. Government Gazette Republic of Namibia. Available at: https://namiblii.org/system/files/gazette/2018/6670/%236670-Gov%20N163.pdf
  2. England, J. F., Cohn, T. A., Faber, B. A., Stedinger, J. R., Thomas, W. O., Veilleux, A. G. et. al. (2018). Guidelines for determining flood flow frequency – Bulletin 17C. Techniques and Methods. doi: https://doi.org/10.3133/tm4b5
  3. Thin Layer Chromatography (2019). Chemistry LibreTexts. Available at: https://chem.libretexts.org/Ancillary_Materials/Demos%2C_Techniques%2C_and_Experiments/General_Lab_Techniques/Thin_Layer_Chromatography
  4. Childress, S. (2010). Walking on water. Journal of Fluid Mechanics, 644, 1. doi: https://doi.org/10.1017/s0022112009993107
  5. Owusu-Boateng, G., Adjei, V. (2014). The potential utilization of grey water for irrigation: A case study on the Kwame Nkrumah University of Science and Technology, Kumasi Campus. Journal of Applied Research in Water and Wastewater, 1 (1), 31–37.
  6. Wacławczyk, T., Koronowicz, T. (2008). Comparison of cicsam and hric high-resolution schemes for interface capturing. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 46 (2), 325–345.
  7. Colonna, P., Harinck, J., Rebay, S., Guardone, A. (2008). Real-Gas Effects in Organic Rankine Cycle Turbine Nozzles. Journal of Propulsion and Power, 24 (2), 282–294. doi: https://doi.org/10.2514/1.29718
  8. Pasquale, D., Ghidoni, A., Rebay, S. (2013). Shape Optimization of an Organic Rankine Cycle Radial Turbine Nozzle. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 135 (4), 042308. doi: https://doi.org/10.1115/1.4023118
  9. Mazur, Z., Hernandez-Rossette, A., Garcia-Illescas, R., Luna-Ramirez, A. (2008). Failure analysis of a gas turbine nozzle. Engineering Failure Analysis, 15 (7), 913–921. doi: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2007.10.009
  10. Nuyttens, D., Baetens, K., De Schampheleire, M., Sonck, B. (2007). Effect of nozzle type, size and pressure on spray droplet characteristics. Biosystems Engineering, 97 (3), 333–345. doi: https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2007.03.001
  11. Hagena, O. F., Obert, W. (1972). Cluster Formation in Expanding Supersonic Jets: Effect of Pressure, Temperature, Nozzle Size, and Test Gas. The Journal of Chemical Physics, 56 (5), 1793–1802. doi: https://doi.org/10.1063/1.1677455
  12. Chang, R., Nam, J., Sun, W. (2008). Effects of Dispensing Pressure and Nozzle Diameter on Cell Survival from Solid Freeform Fabrication–Based Direct Cell Writing. Tissue Engineering Part A, 14 (1), 41–48. doi: https://doi.org/10.1089/ten.a.2007.0004
  13. Grisso, R., Hipkins, P., Askew, S. D., Hipkins, L., Mccall, D. (2013). Nozzles: Selection and sizing. College of Agriculture and Life Sciences, Virginia Polytechnic Institute and State University. Available at: https://www.pubs.ext.vt.edu/content/dam/pubs_ext_vt_edu/442/442-032/442-032_pdf.pdf
  14. Kanoğlu, M. (2001). Cryogenic turbine efficiencies. Exergy, An International Journal, 1 (3), 202–208. doi: https://doi.org/10.1016/s1164-0235(01)00026-7
  15. Poullikkas, A. (2005). An overview of current and future sustainable gas turbine technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 9 (5), 409–443. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2004.05.009
  16. Kacker, S. C., Okapuu, U. (1982). A Mean Line Prediction Method for Axial Flow Turbine Efficiency. Journal of Engineering for Power, 104 (1), 111. doi: https://doi.org/10.1115/1.3227240
  17. Safarian, S., Aramoun, F. (2015). Energy and exergy assessments of modified Organic Rankine Cycles (ORCs). Energy Reports, 1, 1–7. doi: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2014.10.003
  18. Vennell, R. (2012). Realizing the potential of tidal currents and the efficiency of turbine farms in a channel. Renewable Energy, 47, 95–102. doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2012.03.036
  19. Garrett, C., Cummins, P. (2007). The efficiency of a turbine in a tidal channel. Journal of Fluid Mechanics, 588. doi: https://doi.org/10.1017/s0022112007007781
  20. Tiwari, A. K., Hasan, M. M., Islam, M. (2013). Effect of ambient temperature on the performance of a combined cycle power plant. Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering, 37 (4), 1177–1188. doi: https://doi.org/10.1139/tcsme-2013-0099
  21. Gorban’, A. N., Gorlov, A. M., Silantyev, V. M. (2001). Limits of the Turbine Efficiency for Free Fluid Flow. Journal of Energy Resources Technology, 123 (4), 311. doi: https://doi.org/10.1115/1.1414137
  22. Barthelmie, R. J., Jensen, L. E. (2010). Evaluation of wind farm efficiency and wind turbine wakes at the Nysted offshore wind farm. Wind Energy, 13 (6), 573–586. doi: https://doi.org/10.1002/we.408
  23. Wind Turbine Blade Aerodynamics. Available at: http://kimerius.com/app/download/5784129509/Wind+turbine+blade+aerodynamics.pdf
  24. Poursaeidi, E., Aieneravaie, M., Mohammadi, M. R. (2008). Failure analysis of a second stage blade in a gas turbine engine. Engineering Failure Analysis, 15 (8), 1111–1129. doi: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2007.11.020
  25. Mazur, Z., Garcia-Illescas, R., Aguirre-Romano, J., Perez-Rodriguez, N. (2008). Steam turbine blade failure analysis. Engineering Failure Analysis, 15 (1-2), 129–141. doi: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2006.11.018
  26. Stout, C., Islam, S., White, A., Arnott, S., Kollovozi, E., Shaw, M. et. al. (2017). Efficiency Improvement of Vertical Axis Wind Turbines with an Upstream Deflector. Energy Procedia, 118, 141–148. doi: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.07.032
  27. Sarkar, A., Behera, D. K. (2012). Wind Turbine Blade Efficiency and Power Calculation with Electrical Analogy. International Journal of Scientific and Research Publications, 2 (2).
  28. Padture, N. P. (2002). Thermal Barrier Coatings for Gas-Turbine Engine Applications. Science, 296 (5566), 280–284. doi: https://doi.org/10.1126/science.1068609
  29. Wang, C.-C., Chow, H.-M., Yang, L.-D., Lu, C.-T. (2009). Recast layer removal after electrical discharge machining via Taguchi analysis: A feasibility study. Journal of Materials Processing Technology, 209 (8), 4134–4140. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2008.10.012
  30. Liu, C., Jiang, D. (2014). Crack modeling of rotating blades with cracked hexahedral finite element method. Mechanical Systems and Signal Processing, 46 (2), 406–423. doi: https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2014.01.007

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-05-22

Як цитувати

Sutikno, D., Soenoko, R., Wahyudi, S., & Soeparman, S. (2019). Візуалізація потоку води, що проходить через порожнину ротора турбіни поперечного потоку. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(8 (99), 36–42. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.154896

Номер

Том 3 № 8 (99) (2019): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Djoko Sutikno

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.