عنوان پایان‌نامه
طراحی و تحلیل عددی یک سیستم ترکیبی جهت کاهش نوسانات فشار در درفت تیب با استفاده از رانر با مخروطی شیاری و تزریق هوا
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2714;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 64437
- تاریخ دفاع
- ۱۶ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- احسان علیزاده
- استاد راهنما
- علیرضا ریاسی
- چکیده
- برای تامین برق مورد نیاز شبکه، توربین هیدرولیکی یا پمپ-توربین برگشت پذیر در شرایط متفاوتی از شرایطی که برای آن طراحی شده است که اصطلاحا شرایط بار جزئی نامیده می شود، به کار گرفته می شود. گردابه های طنابی ایجاد شده در لوله مکش توربین فرانسیس یا پمپ-توربین در حالت عملکرد بار جزئی تقریبا با حدود 3/0 سرعت دورانی چرخ، دوران می کنند. افزایش این گردابه ها باعث نوسانات شدید فشار شده که برروی عملکرد ایمن و پایدار توربین تاثیر منفی می گذارد و باعث افت راندمان می شود. اگر این گردابه ها توسعه پیدا کنند و ضخامت گردابه های طنابی افزایش پیدا کند، آنگاه مشکل شکل جدی تری به خود گرفته و باعث لرزش سروصدا و حتی می تواند باعث شکسته شدن پره های توربین شود. در بدترین حالت اگر فرکانس این نوسانات با فرکانس طبیعی مجموعه توربین برابر شود باعث ایجاد پدیده ی تشدید می شود که باعث وارد آمدن خساراتی جدی به توربین و مجموعه خواهد شد. هدف در این پروژه ابتدا شبیه سازی این گردابه ها است. سپس با استفاده از روش های ایجاد شیار بر روی مخروطی چرخ پمپ- توربین و همچنین تزریق هوا از لوله مکش سعی در کاهش گردابه ها و در نتیجه کاهش تغییرات فشار شده است. در نهایت روشی ترکیبی جدیدی، متشکل از ایجاد شیار و تزریق هوا به صورت همزمان به منظور کاهش هرچه بیشتر تغییرات فشار به کار گرفته شده و به مقایسه نتایج بدست آمده از این قسمت با نتایج مربوط به قسمت های قبل پرداخته شده است. در این راستا ابتدا هندسه ی چرخ، بر اساس مشخصات هیدرولیکی نیروگاه سیاه بیشه، طراحی و با بررسی استقلال از شبکه و مقایسه ی نتایج بدست آمده با طرح سیاه بیشه، راستی آزمایی شد. بیشترین اختلاف بین عملکرد طراحی انجام شده و طرح واقعی کمتر از 2 درصد بود. این اختلاف را نیز می توان به مواردی مانند افت های مکانیکی و نشتی نسبت داد که در تحلیل عددی قابل شبیه سازی نیستند. پس از راستی آزمایی، اثر ایجاد شیارها در مخروطی طرح بر پدیده های هیدرولیکی و عملکرد در حالات پمپی و توربینی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج، بهبود توزیع خطوط جریان، اصلاح الگوی جریان و کاهش مساحت نواحی کم فشار ابتدای لوله مکش را نشان می دهند. بیشترین بهبود عملکرد در دو وضعیت بازشدگی پره های هادی ( کمتر از 60 % و بیشتر از 90% نقطه اسمی) می باشد. افزون بر این، حداکثر افت بازده در طرح اصلاح شده کمتر از 0.3 درصد بوده است. نتایج روش ترکیبی موید تاثیر چشمگیر اصلاح طرح بر عملکرد در دبی های خارج از نقطه ی اسمی می باشند. واژه‌های کلیدی: پمپ – توربین، لوله مکش، کاویتاسیون، شیار، تزریق هوا
- Abstract
- In order to supply the required electric power, Hydraulic turbines or reversible pump-turbine are commonly used in part load condition, in which their operating status is not as their normal is. In this condition, vortex ropes generated in draft tube rotate with approximately 0.3 times of runner angular velocity. The increasing of these vortex ropes leads to pressure pulsations and influences the stability and performance of the turbine negatively. Spreading and increasing of these vortex ropes worsens the problem and can cause noise, vibration and may eventually brakes turbine blades. If the frequency of these oscillations reach the natural frequency of the system, resonance happens and turbine system fails. The purpose of this project is the simulation of these vortexes. Then, with the method of craving groove on runner cone and air injection from draft tube, we reduce the vortexes and consequently the pressure pulsations. Finally, we propose a hybrid method of this two methods to reduce pressure fluctuations. We compare our results with previous reported results to estimate the performance of the proposed method In this regard, the complete model of the pump-turbine runner has been designed and analyzed, according to the specifications of Siah-Bishe project. Afterwards, the numerical results have been validated by investigating their independency from grid size and comparing the results with Siah-Bishe Hill chart. Maximum difference between the proposed and the existing design’s performance has been less than 2 percent. This difference can be attributed to those losses that cannot be simulated numerically; such as mechanical losses and leakages. After Validation, the grooves were located on the cone surface and their effects on hydraulic phenomena and performance of the design have been investigated. The results show improvement in distribution of stream lines, improving the flow pattern, and reducing the low pressure area at the beginning of the draft tube. Improvement of performance can best be observed in reducing pressure fluctuations, especially in two opening positions of guide vanes (lower than 60% and more than 90% of design point). In addition, maximum efficiency drop in the revised design has been less than 0.3 percent. The results confirm the considerable effects of the hybrid method in off-design operating points. Keywords: Pump-Turbine, Pressure Pulsations, Groove, Runner Cone, Vortex rope
