slide1
Download
Skip this Video
Download Presentation
آلات هيدروليكية2

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 25

آلات هيدروليكية2 - PowerPoint PPT Presentation


  • 194 Views
  • Uploaded on

آلات هيدروليكية2. المستوى الدراسى الخامس. الباب الاول - النظرية الأساسية للتوربينات الهيدروليكية (Basic theory of hydraulic Turbines ) - تعريف:

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' آلات هيدروليكية2' - jarah


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

آلات هيدروليكية2

المستوى الدراسى الخامس

slide2

الباب الاول

-النظرية الأساسية للتوربينات الهيدروليكية

(Basic theory of hydraulic Turbines)

  • - تعريف:
  • التوربين الهيدروليكي هو عبارة عن محرك اساسي. (المحرك الاساسي(Prime mover) يقصد بهاي آلة تقوم بالاستفادة من الطاقة الخام المتوفرة في المواد وتحويلها الى طاقة ميكانيكية). يشتمل التوربين الهيدروليكى أساسا على دوار(runner)، مثبتة عليه مجموعة ريش(blades).
slide3

يسمح للماء والذى تتوفر فيه طاقة هيدروليكية بالدخول الى الدوار، و خلال إنسياب الماء عبر هذه الريش يتم تحويل الطاقة الهيدروليكية المتوفرة في الماء الى طاقة ميكانيكية في صورة عمود دوار (rotating shaft) . تعرف التوربينات الهيدروليكية ايضاًبالتوربينات المائية (Water turbines) وذلك لان المائع المستخدم هو الماء.

slide4

تستخدم الطاقة الميكانيكية الناتجة في تشغيل مولد كهربائي يتصل مباشرة مع عمود التوربين حيث يتم تحويل الطاقة الميكانيكية الى طاقة كهربائية يمكن نقلها خلال ابراج(Transmission Towers) وخطوط نقل (Transmission lines ) عبر مسافات بعيدة الى مناطق الاستهلاك.

slide5

2.1- محطات القدرة الكهرومائية(hydro-electric power plants)

  • تعتبر محطات القدرة الكهرومائية من مصادر الطاقة التي تكون فيها تكلفة التشغيل قليلة مقارنة بمحطات القدرة الحرارية( Thermal power plants) ، كما انها تعتبر من مصادر الطاقة النظيفة والتي لا تتسبب في تلوث بيئي الاَانها تكون عادة من المشاريع الكبيرة ذات التكلفة الانشائية العالية كما ان تكلفة نقل الطاقة الكهربائية تكون كبيرة وذلك لان المصادر المائية تكون بعيدة عن مناطق الاستهلاك. الشكل(1.1) يوضح رسما تخطيطيا لمحطة قدرة كهرومائية والتى تتكون من المكونات الأساسية الآتية:
slide6

الخزان (Dam)

  • الخزان هو عبارة عن جسم خرساني ضخم يتم تشييده على نهر ويقوم بتخزين الماء في بحيرة تقع اعلى الخزان (upstream). يجب ان تكون سعة البحيرة بحيث يكون هنالك امداداً من الماء يكفي لتشغيل التوربينات وبالتالي توليد الكمية المطلوبة من الطاقة الكهربائية على مدار السنة. يتوقف شكل وحجم الخزان على طبيعة الموقع ، السمت ومعدل الانسياب المطلوب . تزود الخزانات ببوابات تقوم بتنظيم انسياب الماء بالاضافةالى منظومة تخلص من الماء الزائد . من الجوانب المهمة في الخزانات هو اعتبار امكانيةازالة الرواسب والطمى من البحيرة بالقرب من جسم الخزان.
slide8

الأنبوب الناقل ( Penstock) :

  • وهو عبارة عن أنبوب ذات مقطع (cross section) كبير يتم تصنيعه من الفولاذ او الاسمنت المسلح ينقل الماء تحت ضغط عالي من بحيرة الخزان (أو أى مصدر آخر) الى موقع التوربين في غرفة التوليد ويكون اعلى التوربين (upstream) .يسمى سطح الماء في البحيرة "headrace". (أحيانا يسمى الطرف الأعلى من الأنبوب الناقل ايضا"headrace") . عادة يتم تركيب خزانات تمور(surge tanks)على الانبوب الناقل قبل غرفة التوليد مباشرة للتحكم في تراوح الضغط و تقليل الآثار المترتبة على ظاهرة الطرق المائي ( water hammer)..
slide9

غرفة التوليد (Power house):

  • تشتمل غرفة التوليد على التوربينات والمولدات واجهزة التحكم الملحقة بها . يقوم التوربين بتحويل الطاقة الهيدروليكية الى طاقة ميكانيكية ويقوم المولد ( generator) والذي يتصل مباشرة مع عمود التوربين بتحويل الطاقة الميكانيكية الى طاقة كهربائية . يعتمد اختيار موقع غرفة التوليد على عدة عوامل منها : الحيز المتاح ، سهولة حركة وسائل النقل ... الخ كما ان حجم الغرفة يعتمد على السمت المتاح ، نوع وحجم وعدد الوحدات المستخدمة .
  • يمكن ان يتم تصميم التوربين بحيث يكون العمود في وضع افقي(horizontal shaft turbine) وفي هذه الحالة تكون كل التركيبات في نفس المستوى (على ارضية واحدة) مما يسهل عمليات الفحص والصيانة اواي تعديلات تتم في غرفة التوليد .
slide10

أما في حالة الوضع الراسي لعمود التوربين (vertical shaft turbine) فتكون عمليات توصيل انبوب التغذية للماء الواصل الى التوربين وانبوب السحب للماء الخارج من التوربين سهلة اضافةالى ذلك تكون المولدات في موقع أعلى سطح الماء مما يسهل عملية فحصها وصيانتها.

القناة السفلى (Tailrace)

القناة السفلى هى مستودع الصرف الذى يتم فيه تصريف الماء الخارج من التوربين ويتم ذلك عبر قناة أو أنبوب كبير المقطع و يعتمد ذلك على نوع التوربين المستخدم. تكون القناة السفلى أسفل التوربين(downstream). يسمى سطح الماء فى القناة السفلى أيضا ب(tailrace).

slide11

تصنيف التوربينات الهيدروليكية

( classification of hydraulic turbines )

من الاسس المهمة التي يتم بناءا عليها تصنيف التوربينات الهيدروليكية هو نوع الطاقة المتوفرة في الماء عند مدخل التوربين (turbine inlet). وعلي هذا الاساس يتم تصنيف التوربيناتالى نوعين:

توربين دفعي: (impulse turbine):

في هذا النوع يتم تحويل الطاقة اولاً بتحويل كل السمت المتاح عند مدخل التوربين الى طاقة حركة (kinetic energy) ثم بعد ذلك تنتقل طاقة الحركة من الماء عبر ريش التوربين لتكون في صورة طاقة ميكانيكية في عمود التوربين ويكون ضغط الماء بين المدخل والمخرج للتوربين ثابتاً عند الضغط الجوي (atmospheric pressure).

slide12

توربين رد فعل (reaction turbine):

في هذا النوع يمر الماء خلال ريش توجيه (guide vanes) ومنها الى الدوار (runner) حيث يكون للماء الداخل الى التوربين طاقة ضغط (pressure energy)بالاضافةالى طاقة حركة وبالتالي يكون الدوار دائما مليئا بالماء تحت ضغط عالي وباستمرار انسياب الماء عبر ريش التوربين تتحول طاقة الضغط الى طاقة حركة وعليه فان الضغط يكون متغيراً داخل الدوار.

هنالك اسساخرى يتم بناءا عليها تصنيف التوربينات الهيدروليكية. مثل :

slide13

# التصنيف على اساسالإنسياب داخل الدوار:

توربين إنسيابمماسى (tangential flow turbine)

توربين إنسياب نصف قطرى (radial flow turbine)

توربين إنسيابمحورى (axial flow turbine)

توربين إنسياب مختلط (mixed flow turbine)

# التصنيف على اساسالسمت المتاح:

توربين سمت عالي (high head turbine)

توربين سمت متوسط (medium head turbine)

توربين سمت منخفض (low head turbine)

slide14

# التصنيف على اساس وضع عمود التوربين :

توربين عمود راسي (vertical shaft turbine)

توربين عمود افقيhorizontal shaft turbine) )

# التصنيف على اساس السرعة النوعية :

توربين سرعة نوعية منخفضة(low specific speed turbine)

توربين سرعة نوعية متوسطة(medium specific speed turbine)

توربين سرعة نوعية عالية (high specific speed turbine)

slide15

معادلة أويلر(Euler\'s Equation)

كل أنواع الدوار فىالتوربينات تشتمل على قرص أو أسطوانة مثبتة عليها مجموعة من الريش (blades) وتتحرك هذه الريش نتيجة لحركة المائع، إما بواسطة الدفع(impulse) أو رد الفعلreaction) ) في كل الأحوال هنالك قوى مؤثرة على الريش وبما ان الريش مثبتة على الدوار فان

  • نقل عزم الدوران (torque) يكون نتيجة لمعدل التغيير في كمية الحركة الزاوية (rate of change of angular momentum) . تعتمد النظرية الأساسية للتوربينات الهيدروليكية على افتراض أن سرعة الانسياب داخل الدوّار تعتمد فقط على نصف القطر أي انه يمكن اعتبار التغيير الذي يحدث في السرعة فقط عند المدخل (Inlet) والمخرج (Outlet) . الشكل(1.5) أدناه يوضح مخططات السرعة عند المدخل والمخرج لدوّار إنسياب نصف قطرى(radial flow runner) يدور بسرعة زاوية ثابتة.
slide17

يدخل المائع إلى الريش خلال سطح إسطواني نصف قطره r1 وينساب بسرعة مطلقة v1 باتجاه يميل بالزاوية على المماس المرسوم عند المدخل . يخرج المائع من الريش خلال سطح إسطواني نصف قطره r2 بسرعة مطلقة v2 باتجاه يميل بالزاوية على المماس المرسوم عند المخرج . هى زاوية الريشة عند المدخل وهى زاوية الريشة عند المخرج. يشتمل مخطط السرعة عند المدخل على رسم السرعة المطلقة v1 بالزاوية وبطرح السرعة المماسيةللريشةعند المدخل u1 يتم الحصول على السرعة النسبية vr1 ( وهى سرعة المائع بالنسبة للريشة عند نصف القطر r1)، والتى تميل بنفس زاوية الريشة عند المدخل، ().

slide18

يمكن تحليّل السرعة المطلقة v1 إلى مركبتين : إحداهما في اتجاه نصفر القطر وتسمى مركبة نصف قطرية (radial component) أو سرعة الانسياب (velocity of flow) ويرمز لها بالرمز vf1 ، والأخرى في اتجاه المماس وتسمى المركبة المماسية(tangential component) أو سرعة التدويم(velocity of whirl) ويرمز لها بالرمز vw1. بنفس الطريقة يتم رسم مخطط السرعة عند المخرج مع استخدام الرقم (2) للدلالة على السرعات عند المخرج .

slide19

من قانون نيوتن الثاني للحركة :

  • عزم الدوران = معدل التغيير في كمية الحركة الزاوية
  • كمية الحركة الخطية للمائع في اتجاه المماس هي
  • حيث هى كتلة المائع المنساب في الثانية.
  • وعليه فإن كمية الحركة الزاوية =
  • وبالتالى تكون كمية الحركة الزاوية عند المدخل هي :
  • وكمية الحركة الزاوية عند المخرج هي:
  • عزم الدوران المحول من الماء الى الدوار هو :
slide20

الشغل المبذول في الثانية (القدرة المنقولة ) هو :

  • حيث هى السرعة الزاوية
  • أى أن:
  • معدل تحويل الطاقة في وحدة الوزن هو :
slide21

حيث هو وزن المائع المنساب في الثانية( )

  • وعليه فإن:
  • أو
  • تعرف المعادلة أعلاه بمعادلة أويلر(Euler,s equation)، و تعرف الكمية E بسمت أويلر(Euler,s head) .
  • و هى تمثل القدرة النظرية الناتجة فى وحدة الوزن (Theoretical power per unit weight ).
slide22

درجة رد الفعل (Degree of reaction)

  • من معادلة برنولي و بإهمال الفاقد يمكن كتابة المعادلة الآتية:
  • حيث هما الضغط عند المدخل والمخرج
  • من التوربين على التوالي.
  • هما السرعات عند المدخل والمخرج
  • على التوالي .
  • E هى الطاقة المحولة من الماء إلى
  • التوربين في وحدة الوزن.
  • هى كثافة السائل.
slide23

أى أن:

  • إذا كان الضغط ثابت أي أن فان :
  • (توربين دفعي)
  • إذا كانت السرعة ثابتة أي فان :
  • (توربين رد فعل)
slide24

توصف الحالات المتوسطة بين ضغط ثابت وسرعة ثابتة بدرجة رد الفعل ، R ، والذي يعرف بالعلاقة الآتية :

  • وبالتعويض عن الكمية بالعلاقة:
slide25

فأن:

  • من معادلة أويلروبإفتراض التحويل الأقصى للطاقة ( أى أن ) فإن :
  • وبالتالى تصبح معادلة درجة رد الفعل كما يلى:
ad