Transcript Document

‫الباب الرابع‬
‫‪ -4‬أداء التوربينات الهيدروليكية‬
‫(‪)performance of hydraulic turbines‬‬
‫عادة يتم يصميم أى توربين ليتم تشغيله عند قيم محددة‬
‫للسمت‪ ،‬معدل اإلنسياب‪ ،‬القدرة‪ ،‬السرعة و الكفاءة‪ .‬تعرف‬
‫هذه القيم بقيم التصميم (‪ )design values‬للكميات المذكورة‪.‬‬
‫عمليا وبعد التركيب فى الموقع المعين‪ ،‬قد تتغير بعض هذه‬
‫الكميات أثناء التشغيل‪ .‬و لمعرفة أداء التوربين فى هذه‬
‫الحالة‪ ،‬يتم إجراء تجارب‪،‬إما على التوربين الحقيقى‬
‫(‪ ،)prototype‬فى الموقع(‪ ،)at site‬أو إجراء تجارب فى‬
‫المختبر(‪ ،)laboratory‬على نموذج توربين مشابه ( ‪similar‬‬
‫‪ .)model‬من نتائج هذه اإلختبارات يمكن التعرف على‬
‫أداء أى توربين فى المجموعة المتشابهة (‪،)similar group‬‬
‫عند ظروف تشغيل تختلف عن تلك التى تم بناءا عليها‬
‫تصميم التوربين‪ ،‬مثل سمت مختلف أو سرعة مختلفة‪..‬إلخ‪.‬‬
‫• يتحقق التشابه الكامل (‪ ،)full similarity‬بأن تتساوى‬
‫نسب‪ :‬البعد‪ ،‬السرعة و القوة‪ ،‬عند نقاط محددة فى النموذج‬
‫و التوربين الحقيقى‪.‬‬
‫•‬
‫• ‪ -4.1‬المجموعات الالبعدية (‪)dimensionless groups‬‬
‫• تستخدم نتائج اإلختبارات المذكورة أعاله‪ ،‬فى عالقات‬
‫رياضية تسمى مجموعات ال بعدية‪dimensionless ( ،‬‬
‫‪ ،)groups‬تعرف ب‪ :‬معامل السمت ( ‪head‬‬
‫‪ ،)coefficient‬معامل التصريف ( ‪discharge‬‬
‫‪ ،)coefficient‬معامل القدرة (‪،) power coefficient‬‬
‫ويمكن تطبيقها على أى توربين فى المجموعة المتشابهة‪.‬‬
‫• ‪ -‬معامل السمت(‪،)head coefficient‬‬
‫• تعطى السرعة المماسية للدوار بالعالقة‪:‬‬
‫‪ DN‬‬
‫•‬
‫‪2 gH ‬‬
‫‪KH‬‬
‫‪60‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫‪u  ku‬‬
‫أى أن‪:‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫أو‪:‬‬
‫‪H  D N‬‬
‫‪2 2‬‬
‫وبالتالى يمكن كتابة المعادلة اآلتية‪:‬‬
‫‪H  KH D N‬‬
‫حيث ‪ ، K H‬هو ثابت التناسب و يعرف بمعامل السمت( ‪head‬‬
‫‪،)coefficient‬‬
‫• و عليه فإن‪:‬‬
‫‪H  DN‬‬
‫‪H‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪D N‬‬
‫‪KH ‬‬
‫• ‪ -‬معامل التصريف(‪K Q ،)discharge coefficient‬‬
‫• يعطى معدل التصريف بالعالقة‪:‬‬
‫‪Q  Avf‬‬
‫•‬
‫• و معلوم أن المساحة تتناسب مع مربع القطر‪ ،‬أى أن ‪:‬‬
‫‪2‬‬
‫• كما أن‬
‫• و عليه فإن‪:‬‬
‫‪H‬‬
‫‪2 gH ‬‬
‫‪H‬‬
‫‪2‬‬
‫‪A D‬‬
‫‪vf  kf‬‬
‫‪Q  D‬‬
‫• وبما أن‪:‬‬
‫• فإن‪:‬‬
‫‪H  DN‬‬
‫(من العالقة السابقة)‬
‫‪3‬‬
‫‪Q D N‬‬
‫‪3‬‬
‫‪Q  KQD N‬‬
‫• وبالتالى يمكن كتابة المعادلة اآلتية‪:‬‬
‫•‬
‫• حيث ‪ ، K Q‬هو ثابت التناسب و يعرف بمعامل التصريف‬
‫(‪.)discharge coefficient‬‬
‫• و عليه فإن‪:‬‬
‫‪Q‬‬
‫‪3‬‬
‫‪D N‬‬
‫‪KQ ‬‬
‫• ‪ -4.1.3‬معامل القدرة (‪،)power coefficient‬‬
‫• تعطى القدرة الناتجة عن التوربين بالعالقة‪:‬‬
‫•‬
‫‪P   o  gQH‬‬
‫• أى أن ‪:‬‬
‫‪P  QH‬‬
‫• ومن العالقات السابقة فإن‪:‬‬
‫‪3‬‬
‫‪QD N‬‬
‫•‬
‫• وعليه فإن‪:‬‬
‫•‬
‫•‬
‫‪2‬‬
‫و‬
‫‪5‬‬
‫‪D‬‬
‫‪3‬‬
‫‪2‬‬
‫‪H  D N‬‬
‫‪P  N‬‬
‫‪KP‬‬
‫• وبالتالى يمكن كتابة المعادلة اآلتية‪:‬‬
‫•‬
‫‪3 5‬‬
‫‪P  K N D‬‬
‫‪P‬‬
‫• حيث ‪ ، K P‬هو ثابت التناسب و يعرف بمعامل القدرة‬
‫(‪.)power coefficient‬‬
‫• و عليه فإن‪:‬‬
‫‪P‬‬
‫‪5‬‬
‫‪D‬‬
‫‪3‬‬
‫‪KP ‬‬
‫‪N‬‬
‫• بإجراء تجارب على النموذج أو التوربين الحقيقى‪ ،‬يمكن‬
‫الحصول على قيم المعامالت‪ K Q ، K H :‬و ‪، K P‬‬
‫وسوف يكون لها نفس القيم ألى توربين فى المجموعة‬
‫المتشابهة (‪ ،)similar group‬أى أن‪:‬‬
K H 1  K H 2  cons tan t
 H

2 2
N D

 H
  
2 2
1  N D

  cons tan t
2
:‫• أو‬
•
K Q 1  K Q 2  cons tan t :‫• و بالمثل فإن‬
•
 Q 
 Q 

  
  cons tan t
:‫• أو‬
3
3
 N D 1  N D  2
•
K P 1  K P 2  cons tan t
:‫• أيضا‬
 P 
 P 
•

  
  cons tan t
3 5
3 5
:‫• أو‬
N
D
N
D 



1
2
‫الكميات الوحدية (‪)unit quantities‬‬
‫للتعرف على أداء توربين معين تحت ظروف تشغيل مختلفة‪ ،‬يتم‬
‫إجراء إختبارات على التوربين الحقيقى فى موقع التشغيل أو على‬
‫نموذج مشابه فى المختبر‪ .‬يتم إعداد نتائج هذه اإلختبارات عادة‪،‬‬
‫فى شكل منحنيات تسمى منحنيات األداء (‪،)performance curves‬‬
‫أو المنحنيات المميزة (‪ ،)characteristic curves‬ويتم رسم هذه‬
‫المنحنيات عادة بإستخدام كميات َوحدية (‪.)unit quantities‬‬
‫الوحدية هو مقدار السرعة‪ ،‬معدل التصريف و‬
‫المقصود بالكميات َ‬
‫القدرة الناتجة‪ ،‬عندما يكون السمت الفعال المتاح للتوربين يساوى‬
‫مترا واحدا‪ .‬أى أن‪. H = 1 m :‬‬
‫تعتبر الكميات الوحدية مفيدة فى تحليل ومعرفة أداء توربين محدد‬
‫تحت ظروف تشغيل مختلفة‪.‬‬
‫• ‪ -‬السرعة الوحدية (‪)unit speed‬‬
‫• بالنسبة لتوربين محدد (له نفس القطر) فإن‪ D‬تكون كمية ثابتة‬
‫(‪ ،)D = constant‬و عندما يتغير السمت يكون هنالك تغييرا‬
‫مناظرا فى السرعة‪ .‬و بإستخدام معامل السمت فإن‪:‬‬
‫‪K H1  K H 2‬‬
‫•‬
‫‪ H ‬‬
‫‪ H ‬‬
‫•‬
‫‪‬‬
‫‪  ‬‬
‫‪‬‬
‫‪2 2‬‬
‫‪2 2‬‬
‫• أو‪:‬‬
‫‪ N D 1  N D  2‬‬
‫•‬
‫• وبما أن ‪، D 1  D 2‬‬
‫‪ H ‬‬
‫‪ H ‬‬
‫• فإن‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪2‬‬
‫‪  ‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1‬‬
‫‪ N‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪2‬‬
‫‪ N‬‬
‫• تعرف السرعة الوحدية (‪ )unit speed‬بأنها سرعة دوران‬
‫التوربين الذى يعمل تحت سمت يساوى مترا واحدا ‪ (،‬أى‬
‫أن‪ ،)H = 1m :‬ويرمز لها بالرمز ‪. N u‬‬
‫• وبالتعويض عن القيم التالية‪:‬‬
‫‪H  1, N 1  N u , H 2  H , N 2  N‬‬
‫•‬
‫‪H‬‬
‫• نجد أن‪:‬‬
‫‪2‬‬
‫‪N‬‬
‫‪‬‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪Nu‬‬
‫• أى أن‪:‬‬
‫‪N‬‬
‫‪H‬‬
‫‪Nu ‬‬
‫الوحدى(‪،)unit discharge‬‬
‫• ‪ -4.2.2‬معدل التصريف َ‬
‫• بالنسبة لتوربين محدد (له نفس القطر) فإن ‪ D‬تكون كمية ثابتة‬
‫(‪ ،)D = constant‬و عندما يتغير السمت يكون هنالك تغييرا‬
‫مناظرا فى معدل التصريف‪ ،‬و بإستخدام معامل التصريف فإن‪:‬‬
‫‪K Q1  K Q 2‬‬
‫•‬
‫‪ Q   Q ‬‬
‫‪‬‬
‫‪  ‬‬
‫أو‪ :‬‬
‫•‬
‫‪3‬‬
‫‪3‬‬
‫‪ N D 2‬‬
‫• وبما أن‬
‫• فإن‪:‬‬
‫‪D1  D 2‬‬
‫‪Q2‬‬
‫‪N2‬‬
‫‪،‬‬
‫‪‬‬
‫‪Q1‬‬
‫‪N1‬‬
‫‪ N D 1‬‬
‫الوحدى بأنه معدل التصريف لتوربين‬
‫• يعرف معدل التصريف َ‬
‫يعمل تحت سمت يساوى واحد متر أى أن‪ . H = 1 m :‬ويرمز‬
‫له بالرمز ‪. Q u‬‬
‫• عندما يكون السمت ‪ ، H = 1 m‬وبالتعويض عن القيم‬
‫‪Q1  Q u , N 1  N u , Q 2  Q , N 2  N‬‬
‫التالية‪:‬‬
‫‪Qu Q‬‬
‫‪:‬‬
‫فإن‬
‫•‬
‫‪‬‬
‫‪N‬‬
‫‪Nu‬‬
‫أى أن‪:‬‬
‫•‬
‫• وبالتعويض عن‪:‬‬
‫•‬
‫‪Q‬‬
‫• فإن‪:‬‬
‫‪Qu ‬‬
‫‪H‬‬
‫‪N‬‬
‫‪H‬‬
‫‪Nu ‬‬
‫‪Q‬‬
‫‪N‬‬
‫‪Qu  N u‬‬
‫الوحدية(‪،)unit power‬‬
‫• القدرة َ‬
‫• بالنسبة لتوربين محدد (له نفس القطر) فإن ‪ D‬تكون كمية ثابتة‬
‫(‪ ،)D = constant‬و عندما يتغير السمت يكون هنالك تغييرا‬
‫مناظرا فى القدرة‪ ،‬و بإستخدام معامل القدرة فإن‪:‬‬
‫‪K P1  K P 2‬‬
‫•‬
‫‪ P ‬‬
‫‪ P ‬‬
‫أو‪:‬‬
‫•‬
‫‪‬‬
‫‪ ‬‬
‫‪‬‬
‫‪Pu‬‬
‫‪ 3 5‬‬
‫‪ N D 2‬‬
‫• وبما أن‬
‫‪D1  D 2‬‬
‫‪ ،‬فإن‪:‬‬
‫‪P2‬‬
‫‪3‬‬
‫‪N2‬‬
‫‪‬‬
‫‪P1‬‬
‫‪3‬‬
‫‪N1‬‬
‫‪ 3 5‬‬
‫‪ N D 1‬‬
‫الوحدية بأنها القدرة الناتجة عن توربين يعمل‬
‫• تعرف القدرة َ‬
‫تحت سمت يساوى واحد متر أى أن‪H = 1 m :‬‬
‫• ‪ .‬ويرمز لها بالرمز ‪. Pu‬‬
‫• عندما يكون السمت ‪ ، H = 1 m‬وبالتعويض عن القيم التالية‪:‬‬
‫‪P1  Pu , N 1  N u , P2  P , N 2  N‬‬
‫•‬
‫‪P‬‬
‫• فإن‪:‬‬
‫‪3‬‬
‫‪N‬‬
‫‪P‬‬
‫• أى أن‪:‬‬
‫• وبالتعويض عن‪:‬‬
‫فإن‪:‬‬
‫•‬
‫‪3‬‬
‫‪N‬‬
‫‪‬‬
‫‪Pu‬‬
‫‪3‬‬
‫‪Nu‬‬
‫‪3‬‬
‫‪Pu  N u‬‬
‫‪N‬‬
‫‪H‬‬
‫‪Nu ‬‬
‫‪P‬‬
‫‪3/2‬‬
‫‪Pu ‬‬
‫‪H‬‬
‫• نسبة الكفاءة الكلية‬
‫• تعطى الكفاءة الكلية بالعالقة ‪:‬‬
‫‪P1‬‬
‫• وبالتالى فإن‪ gQ 1 H 1 :‬‬
‫‪‬‬
‫‪،  o1‬‬
‫‪Q 2 H 2 P1‬‬
‫‪‬‬
‫‪.‬‬
‫‪.‬‬
‫‪Q1 H 1 P2‬‬
‫‪P‬‬
‫‪ gQH‬‬
‫‪o ‬‬
‫‪P2‬‬
‫‪ gQ 2 H 2‬‬
‫‪ o1‬‬
‫‪ o2 ‬‬
‫• وعليه فإن‪:‬‬
‫‪ o2‬‬
‫•‬
‫‪3‬‬
‫‪2‬‬
‫‪N2‬‬
‫‪ N2 ‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪N‬‬
‫‪، H   2  H ، Q2 ‬‬
‫• وبالتعويض عن‪Q1 :‬‬
‫‪ P1‬‬
‫‪P2  ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪‬‬
‫‪N  1‬‬
‫‪N1‬‬
‫‪N‬‬
‫‪ 1‬‬
‫‪ 1‬‬
‫•‬
‫‪2‬‬
‫‪3‬‬
‫‪ o1 N 1 N 1 N 2‬‬
‫نجد أن‪:‬‬
‫•‬
‫‪‬‬
‫‪. 2 . 3 1‬‬
‫‪ o2 N 2 N 2 N1‬‬
‫•‬
‫•‬
‫وعليه فإن الكفاءة تظل ثابتة‪ ،‬أى أن ‪ o1   o 2 :‬‬
‫•‬
‫• ‪ -‬منحنيات األداء (‪)performance curves‬‬
‫• االشكال (‪ )4.2( ،)4.1‬و(‪ )4.3‬توضح منحنيات األداء أو‬
‫المنحنيات المميزة لمعدل التصريف‪ ،‬القدرة والكفاءة على‬
‫التوالى عند سمت ثابت (‪ ،)constant head‬لتوربينات‬
‫بلتون‪ ،‬فرانسيس وكابالن‪ ،‬لفتحات مختلفة للبوابة‬
‫(‪.)different gate opening, G.O‬‬
‫•‬
‫•‬
‫توربين كابالن‬
‫توربين فرانسيس‬
‫توربين بلتون‬
‫الشكل(‪ :)4.1‬تغيير معدل التصريف الوحدى مع السرعة الوحدية‬
‫توربين بلتون‬
‫توربين كابالن‬
‫توربين فرانسيس‬
‫الشكل(‪ :)4.2‬تغيير القدرة الوحدية مع السرعة الوحدية‬
‫توربين بلتون‬
‫توربين كابالن‬
‫توربين فرانسيس‬
‫الشكل(‪ :)4.3‬تغيير الكفاءة مع السرعة الوحدية‬
‫• من الشكل(‪ )4.1‬يمكن إستخالص النقاط اآلتية‪:‬‬
‫‪ -1‬يعتمد معدل التصريف فى توربين بلتون على مقدار فتحة البوابة‪،‬‬
‫‪ )gate opening(G.O‬فقط وال يتأثر بمقدار السرعة ‪.‬‬
‫‪ -2‬تتناقص منحنيات معدل التصريف فى توربين فرانسيس مع زيادة‬
‫السرعة وذلك نتيجة لتأثيرالطرد المركزى (‪.)centrifugal effect‬‬
‫‪ -3‬يتزايد معدل التصريف فى توربين كابالن مع زيادة السرعة‪.‬‬
‫• األشكال(‪ )4.2‬و (‪ )4.3‬توضح أن الكفاءة القصوى لكل‬
‫أنواع التوربينات تحدث عند سرعة محددة‪.‬‬
‫• بالنسبة لتوربين بلتون تحدث الكفاءة القصوى عادة عند‬
‫نفس السرعة لكل الحاالت الموضحة لمقدار الفتحة‪ ،‬و‬
‫تتوافق هذه السرعة فى الغالب مع نسبة السرعة ‪.0.46‬‬
‫أما بالنسبة لتوربينات رد الفعل (فرانسيس و كابالن)‪ ،‬فإن‬
‫الكفاءة القصوى تحدث عند سرعات مختلفة لحاالت مختلفة‬
‫لفتحة البوابة ‪.)different gate opening( G.O‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫مثال(‪)4.1‬‬
‫توربين يعمل عند سرعة ‪ 200rpm‬تحت سمت ‪ 25m‬ومعدل‬
‫تصريف ‪ . 9 m 3 / s‬الكفاءة الكلية للتوربين ‪ 90%‬اوجد اداء‬
‫التوربين عندما يتغير السمت الى ‪. 20m‬‬
‫الحل ‪:‬‬
‫القدرة الناتجة عن التوربين تحت سمت ‪ 25m‬هي ‪:‬‬
‫‪p1   o  gQ 1 H 1‬‬
‫‪ 0 . 9  9 . 81  1000  9  25‬‬
‫‪ 1986 . 5 kw‬‬
P1

3
H1
P2
‫و‬
Q1
3
Q2

H1
H2
H 1  25 m
,
3
Q1  9 m / s
P1  1986 . 5 kw
H2
H1
 20 m
H2
N 1  200 rpm
: ‫• باستخدام العالقات‬
، N1  N 2
N2 ?
,
Q2  ?
,
,
P2  ?
H2
: ‫• حيث‬
N2 
Q2 
P2 
N1 H 2

200
20
H1
25
Q1 H 2
9  20

H1
P1 H 32
H
3
1

178 . 9 rpm
3
 8 .1 m / s
25

1986 . 5 20
25
3
3
 142 . 4 kw
‫• ‪ -‬السرعة النوعية (‪)specific speed‬‬
‫المجموعات الالبعدية التى تم الحصول عليها فى السابق هى‪:‬‬
‫معامل اإلنسياب (أ و التصريف)‪،‬‬
‫‪Q‬‬
‫(‪:)discharge coefficient‬‬
‫‪3‬‬
‫‪KQ ‬‬
‫‪ND‬‬
‫‪H‬‬
‫معامل السمت‪:)head coefficient( ،‬‬
‫‪2‬‬
‫معامل القدرة‪:)power coefficient(،‬‬
‫‪KH ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪N D‬‬
‫‪P‬‬
‫‪5‬‬
‫‪3‬‬
‫‪N D‬‬
‫‪KP ‬‬
‫• وبما أن ‪ KQ , KP , KH‬مجموعات ال بعدية فأنه يمكن‬
‫الحصول على مجموعات ال بعدية أخرى بضرب أو قسمة‬
‫العوامل أعاله على بعضها ‪.‬‬
‫• في التوربينات تعتبر العوامل ‪ KH , Kp‬هي العوامل المهمة‬
‫ويمكن استخدامها للحصول على معامل آخر يوضح مدى‬
‫مالئمة توربين معين لمتطلبات موقع محدد‪.‬‬
: ‫• أفرض أن‬
1
ns 
K P  2
5
K H  4
:‫ فإن‬، K P ‫ و‬K H ‫• وبالتعويض عن‬
5
1
•
 P 2  H 4
  

n s  
•
3 5
2 2
N D 
N D 
1

P2
3
5
N 2D 4

N
5
5
2
D2
5
H
4
 ns 
N
P
5
H 4
:‫• أو‬
‫• الكمية ‪ ، n s‬مجموعة البعدية (‪ ،)dimensionless group‬ويكون‬
‫لها نفس القيمة ألى توربين فى المجموعة المتشابهة‪.‬‬
‫• تعرف السرعة النوعية للتوربين بأنها السرعة التي يجب أن‬
‫يدار بها توربين مشابه لتوليد قدرة ‪ 1kW‬عند سمت ‪.1m‬‬
‫• من المعادلة أعاله فان ‪:‬‬
‫‪N S PS N P‬‬
‫‪5‬‬
‫‪H4‬‬
‫‪‬‬
‫‪5‬‬
‫‪H S4‬‬
‫حيث ‪ NS , HS , PS‬للتوربين النوعي و ‪ N , H , P‬للتوربين الحقيقي‬
‫• وبتعويض القيم ‪ HS=1 , PS=1‬فان ‪:‬‬
‫‪N P‬‬
‫‪NS ‬‬
‫•‬
‫‪5‬‬
‫• وهي السرعة النوعية للتوربين ‪.‬‬
‫‪4‬‬
‫‪H‬‬
‫• تلعب السرعة النوعية دورا مهما فى عملية إختيار نوع‬
‫التوربين المناسب لظروف تشغيل معينة‪ ،‬كما يمكن من‬
‫خاللها التنبؤ بإداء التوربين‪ .‬يعتمد مقدار السرعة النوعية‬
‫على نظام الوحدات المستخدم‪ .‬وبصورة عامة تستخدم‬
‫الوحدات اآلتية لتحسيب مقدار السرعة النوعية للتوربين‬
‫المعنى‪:‬‬
‫‪N : rpm‬‬
‫‪H : m , P : kW ,‬‬
‫• – إختيار التوربينات (‪)selection of turbines‬‬
‫• عادة يكون هنالك موقع محدد و ظروف تشغيل معينة‬
‫إلنشاء محطة قدرة كهرومائية ويكون المطلوب هو إختيار‬
‫التوربين الذى يتوافق مع تلك الظروف‪.‬‬
‫• بصورة عامة‪ ،‬يتم إختيار التوربين المناسب على أساسين‪:‬‬
‫ اإلختيار على أساس السرعة النوعية؛‬‫‪ -‬اإلختيار على أساس السمت المتاح‪.‬‬
‫الجدول أدناه يوضح مقارنة بعض البيانات فى توربينات‪:‬‬
‫بلتون‪ ،‬فرانسيس‪ ،‬وكابالن‪:‬‬
S.N.
Type of
turbine
1
Pelton: 1 jet
2 jets
4 jets
2
3
N s 
H(m)
Maximum
Speed ratio hydraulic Remarks
kW, m, rpm
efficiency
K u 
% 
upto 2000 12 to 30
upto 1500 17 to 50
upto 500 24 to 70
Francis :
High head
upto 300 80 to 150
Medium head 50 to 150 150 to 250
Low head
30 to 60 250 to 400
Kaplan
4 to 60
300 ~ 1000
0.43 ~0.48
0.6 ~ 0.9
1.4 ~ 2
89
93
93
Employed for very
high head.
Full load
efficiency high;
Partload
efficiency Lower
than pelton wheel.
High part load
efficiency ;
High discharge
with low head
‫• مثال(‪)4.2‬‬
‫‪3‬‬
‫معدل التصريف المتاح في محطة توليد هيدروماتية هو ‪175 m / s‬‬
‫تحت سمت ‪ . 18m‬سرعة التوربينات المتاحة لالستخدام‬
‫هي ‪ 150rpm‬وكفاءتها الكلية ‪ . 82 %‬اذا كانت السرعة النوعية‬
‫للتوربين هي ‪ 460‬فما هو عدد التوربينات المطلوب لهذه المحطة‬
‫وما مقدار القدرة الناتجة منها‪.‬‬
‫• الحل‪:‬‬
‫‪Ns ‬‬
‫‪5/4‬‬
‫• السرعة النوعية هي ‪:‬‬
‫‪H‬‬
‫• وعليه فان ‪:‬‬
‫‪150 P1‬‬
‫‪460 ‬‬
‫‪5/4‬‬
‫•‬
‫‪18 ‬‬
‫• القدرة الناتجة عن توربين واحد هي ‪kw :‬‬
‫• القدرة الكلية الناتجة عن المحطة هي ‪:‬‬
‫‪P‬‬
‫‪N‬‬
‫‪P1  1297 . 5‬‬
‫‪P   o  g Q H  0 . 81  1000  9 . 81 175  18‬‬
‫‪kw‬‬
‫‪ 25339‬‬
‫• وعليه فان عدد التوربينات المطلوب هو ‪:‬‬
‫‪25339‬‬
‫•‬
‫‪ 1 . 96  2‬‬
‫‪12927 . 5‬‬
‫‪n ‬‬
‫• مثال (‪)4.3‬‬
‫• توربين هيدروليكي يدور بسرعة ‪ 120rpm‬ويولد قدرة‬
‫مقدارها‪ 1015 kW‬تحت سمت صافي ‪ ، 12 m‬اوجد معدل‬
‫التصريف والسرعة النوعية اذا كانت الكفاءة الكلية ‪.92%‬‬
‫تم اختبار نموذج للتوربين المذكور اعاله تحت سمت‪.7.2 m‬‬
‫اوجد معدل التصريف‪ ،‬السرعة والقدرة الناتجة من النموذج‬
‫باعتبارانه يعمل عند نفس ظروف التشغيل للتوربين الحقيقي‪.‬‬
‫• نسبة النموذج هي ‪1:10 :‬‬
p 1   o  gQ 1 H 1
1015
Q 
Ns 

0 . 92  9 . 81  12
N
H
P
5/4

 1015 kW
3
9 .4
120 1015
12 
KH
 H

2 2
N D
m
5/4
m /5
 171
 K Hp

 H
  
2 2
m
N D


p
:‫• الحل‬
:‫• القدرة هي‬
: ‫• معدل االنسياب‬
•
:‫• السرعة النوعية‬
•
: ‫• معامل السمت‬
‫• أو‬
1
2
DP  H m


Nm  N p .
Dm  H p 


 929 . 5 rpm
K Qm  K Qp
 Q 
 Q

  
3
3
 ND  m
 ND


p
: ‫• سرعة النموذج‬
•
: ‫• معامل التصريف‬
•
‫• او‬
:‫• أى أن‬
Qm  Q p
Nm
Np
D
 m
D
 p




3
929 . 5  1 
 9 .4 
 
120  10 
3
 0 . 0728
3
m /s
Kp
 K pp
m
 P

3 5
N D
3
Pm
3
 Nm 
 Dm 
  
  PP
 
 Np 
 Dp 
171  N s 

 
m
: ‫• معامل القدرة‬
•
 P 


3 5
‫• او‬
N D p
Nm
H
Pm
5/4
m
:‫• وعليه فإن‬
 4 . 71 kw
:‫• أو بإستخدام معادلة السرعة النوعية‬
•
2
N
 Pm 
N
s
2
m
 H 5 / 2  4 . 71 kw
m
‫إنتهى‬