Macchine Idrauliche motrici Turbina FRANCIS James Bichens
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Macchine Idrauliche motrici Turbina FRANCIS James Bichens
Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni Meccaniche,
Nucleari, Aeronautiche e di Metallurgia
Macchine Idrauliche motrici
Turbina FRANCIS
James Bichens FRANCIS
Southleigh (Oxfordshire) 18 Maggio 1815
Lowell MS (U.S.A.) 18 Settembre 1892
1
Turbina Francis
Complessivo
Impianto di Kalayaan (1977)
(Filippine) - 2 × 160 MW nq 34
•
•
•
•
Salto 286.5 ÷278.0 m
Portata 62.63 ÷61.37 m3/s
Potenza 158.1 ÷150.2 MW
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•
•
•
•
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Prevalenza 291 ÷ 284.5 m
Portata 44.78 ÷ 46.75 m3/s
Potenza 142.1 ÷ 145.3 MW
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2
Impianto di Kalayaan
(Filippine) - 2 × 160 MW nq 34
Sezione
Impianto di Capljina (Bosnia)
2 ×250 MW nq 54
•
•
•
•
Salto 273÷203 m
Portata 117.3 ÷ 112.5 m3/s
Potenza 250 ÷ 202 MW
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•
•
•
•
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Prevalenza 210 ÷ 260 m
Portata 97.2 ÷ 43.3 m3/s
Potenza 219 ÷ 158 MW
lm>n!op q ÷r!st u
3
Turbina Francis (Capljina)
Voluta o cassa a spirale
Turbina
Francis
(Capljina)
Distributore
e girante
4
Turbina Francis (Capljina)
Valvola a sfera
Impianto di Foz do Areja
(Brasile) - 4 × 430 MW nq 62
• Salto 135 ÷ 128 ÷ 98 m
• Portata 344 ÷ 335 ÷ 280 m3/s
• Potenza 430 ÷ 337 ÷ 239 MW
5
Foz do Areja
Foz do Areja
Pre-distributore
Sezione macchina
6
Itaparica nq 99.8 (Brasile)
• Salto
53.2 ÷ 50.8 ÷ 46.3 m
• Portata 542.5 ÷ 539.0 ÷ 510.0 m3/s
• Potenza 264 ÷ 250 ÷ 216 MW
Itaparica nq 99.8
Layout impianto
7
Itaparica nq 99.8
Itaparica nq 99.8
Sezione impianto
Sezione turbina
8
Triangoli
di velocità
Grado di
reazione
1
2 /2
ρ = 1 −
f 1
⇒
η
1
=
= 2
f
η
1
= 2
η
1− ρ
1− ρ
η
1 #! 3 7
1− ρ
Velocità di massimo rendimento
¡
=
η = ¢
1 1
cos α 1 − ¢
grado di reazione
1
2 2
cos α 2
= 2
η
1− ρ
minima energia cinetica allo scarico α 2 =
¢
1
±
=
η
cos α
2 η 1 − ρ cos α 1
1
1
η
2 η 2 η
1
=
=
2 2 η
1 − ρ cos α 1 2 1 − ρ cos α 1
© ®¯¨
1
¡
¡
π
⇒ =¢
2
=
1 1
cos α 1
=
°
1
¨ © ¥ ¥ £ ª¬«# £ ¦§¦
2
η£ ¤¥
1 − ρ cos α 1
9
Indice caratteristico
Similitudine geometrica, Similitudine idraulica -> rendimento idraulico costante
À
¾ ¼7½ Î Ï ¾ ½
η É ∝
Á
Á
2π ¹
π ¹
=ρ
Ä =
=
60 2
60
Ä ∝Ã ∝ ½
¾ Â>Ã
¾
Á
= Ç È ÉÊ Ë ÌÍ ⇒ ∝
½
¾ ½
∝
∝¹
À
Á
∝¹
Á
Á
⇒¹ ∝ ½ ⇒
;
½ ∝
¹
2
½
2
∝
¹
½
2
½
2
¹ 2
½ ½ = Æ ½ ½
¹ 2
2
2
¹ Æ2
= ¹ 2 ½
5
2
1
5
5
1
3
¹ Æ = ¹ À 2 ½ − 4 ∝ ¹ (¾ ½ )12 ½ − 4 = ¿ Å ¹ ¾ 2 ½ − 4
¹ Æ
3
¾ 1 −3 ¿
¾ 1
−
¿ = ¹ Å = ¹ 2 ½ 4 ; = ω 2 (¼7½ ) 4 ( ²7µ¶ ·¸´ ¹#º ¶ »7¹ ²7³ ´ )
Å
Indice caratteristico (turbine Francis)
Ó Ù =Ó Ö Ð
Õ = 2 Ø Ð ηÚ Û Ü 1 − ρ
Ð
× = Ð Ø ηÚ Û Ü
2 Ø ηÚ Û Ü 1 − ρ cos α
Ð
Ó ∝ ×Ñ ∝ Ñ
1 − ρ cos α
Ö = ÔÕ sin α ⇒∝ ÑÒ Ð
Ð
Ó Ù ∝Ñ
(ÑÒ Ð
1 − ρ cos α
1
2
−
3
4
Ð
1
∝
1
1 − ρ cos α 1
1
1
1
1
1
1 − ρ sin α 1
1 − ρ sin α 1
)Ð
1
2
−
3
4
1
ßRà
Þ
∝ Ý
sin α 1
cos α 1
1
4
1− ρ
Variazione del profilo
meridiano al crescere di á¬â
10