Realizzazione turbina Pelton

Lezione 8

Applichiamo il flow chat alla turbina Pelton di Figura 2.7, caratterizzata da 6 ugelli introduttori.

• h = 580 m
• Q = 1.94 m³/s
• μ = 0.97
• η = 0.89
• P = ρQgh = 98 MW

Per f = 50 Hz, cioè n = 300 giri/min, si ottiene:

Aumentando il numero di introduttori si hanno maggiori perdite e quindi minori rendimenti. Inoltre è più difficile progettare l'interazione getti pale, quindi da queste considerazioni non è neppure da capire il perché della scelta dei 6 getti piuttosto nella realtà.

In questa soluzione in realtà n = 360 giri/min, quindi con 20 poli, non è 50 Hz ma è 60 Hz. Questa turbina è utilizzata allora nei mercati americani.

Rifacendo i conti si ottiene:

Si spiega così il motivo per il quale si sono adottati 6 ugelli introduttori, scelta che in un primo tempo sembrava sbagliata.

C'è un aspetto che tuttavia vale la pena osservare; nelle turbine idrauliche il regime di rotazione è sempre basso. Il numero di poli degli alternatori è molto alto, tanto che si introduce, nell'ambito delle Francis e Kaplan, un moltiplicatore di giri nel passaggio tra turbina e generatore, per ridurre le dimensioni dell'alternatore e quindi un numero di poli minore.

Nelle turbine Francis e Kaplan, dove l'espansione non avviene solo negli organi idraulici, ma anche attraverso la girante, ci sono problemi di cavitazione, quindi il dimensionamento del regime di rotazione è conseguenza del contenimento del valore di NPSH per non dover collocare la turbina prevalentemente sotto il pelo libero.

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Nelle Pelton, i problemi di cavitazione non esistono, quindi le motivazioni che spingono a ridurre il regime di rotazione sono diverse. Occorre tener conto della potenza in gioco.

Se le portate sono elevate è difficile costruire degli alternatori di grandi dimensioni, perché ciò implica un aumento della velocità periferica perkins perché aumentando il diametro. Per sopperire a questa limitate nella dimensione risale un aumento delle dimensioni in direzione assiale, ma con facendo non sempre il raffreddamento è semplice.

Inoltre, come già detto prima, per potenze elevate il numero di giri deve essere ridotto per evitare problemi legati alla cavitazione, soprattutto nel caso di Francis e di Kaplan.

Nelle Pelton, essendo K basso, viene limitato anche il numero di giri. Ha quindi le portate non sono elevate si può salire con il regime di rotazione e a parità di velocità periferica posso ottenere le dimensioni sia dell'alternatore sia del macchinario idraulico. Così facendo si riducono i costi di acquisto e di abbancamento.

Per potenze piccole, comprese cioè tra 4 e 12 MW il numero di giri varia dai 750 giri/min a 1550 giri/min. E' questo il caso del terzo esempio applicativo di flow-chart:

Q = 0,2 m³/s

h = 135 m

K = 0,000243 v_i v_i

Per n = 1000 giri/min si ha K = 0,213, Tipico valore delle turbine Pelton

P = ρgQhη = 228 Kv

t_h 0,86

K_u = ^v_id/_2μ = 0,4639

D = ^{2,1 K_u√n √v_si}/_K = 6,37√v_i

_do

• i _Do
• 1 _6,37
• 2 _9,01
• 3 _11,03

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Si propongono ora due vie per definire la geometria delle altre sezioni del cucchiaio parallele a quella principale B-B.

Posso tracciare delle curve di livello passanti per quattro punti appena trovati e, tramite sezioni così, ottenere profili regolari per i polimorfi. Con questo metodo si ottiene le sezioni di figura 8.3 indicati con C-C.

In alternativa a questo metodo si possono disegnare i profili delle sezioni partendo dalla lunghezza e dalla profondità massima della vista frontale e della sezione A-A.

Le curve di isolivello che in figura 8.2 sono indicate con I, II, III, IV, V e VI, si indicano di conseguenza tenendo conto di ottenere curve regolari.

Dai profili delle sezioni paralleli 4, 2, 3, ecc., che si ottengono partendo dagli angoli sul tagliente e sul bordo del cucchiaio, si riesce a tracciare la sezione interna del cucchiaio.

Deve pero fondarsi che le superfici siano tra loro il più omogenee possibile, in modo da non avere gobbe. Deve esserci una sorta di similitudine tra una sezione e l'altra.

Bisogna fare in modo che la profondità massima di ogni sezione stia in corrispondenza di una linea pressoché parallela alla direzione del tagliente.

Nella sezione A-A si vede protoggetti solo una porzione di cucchiaio, il resto infatti non esiste, se non la punta del tagliente che non deve essere minore di 3 mm altrimenti non ci sono probabilità durante la fusione.

Tracciati delle prime paralleli alle facce del cucchiaio si ottengono tramite le intersezioni con le sezioni precedentemente ottenute delle curve di isolivello che poi vengono trasciate anche nella sezione frontale.