171214
คมอการใชและการทดลอง ชดทดสอบกงหนน าแบบฟรานซสขนาดเลก
HB023F MINI FRANCIS TURBINE
บรษท เอสซอม จ ากด 508 ถนนสมเดจพระเจาตากสน ซอย 22/1 บคคโล ธนบร กรงเทพฯ 10600 โทร. +66 (0) 24760034 โทรสาร. +66 (0) 24761500
E-mail: [email protected]
www.essom.com
1 171214
สารบญ หนา การรบมอบสนคา A หลกเกณฑความปลอดภย B-D 1. รายละเอยดทวไป 1-1 2. ทฤษฎทวไป 2-1 3. รปแบบของเครองกงหนน า 3-1 4. ทฤษฎทเกยวของ 4-1 5. ล าดบขนตอนการทดลอง 5-1 6. ตวอยางผลการทดลอง 6-1 7. ตวอยางการค านวณ 7-1 8. ตวอยางกราฟแสดงสมรรถนะของกงหน (Turbine Performance Curves.) 8-1 เอกสารแนบ
เอกสารแนบ 1 Mechanical brake dynamometer เอกสารแนบ 2 การบ ารงรกษาปมน า
สงวนลขสทธ หามพมพซ าหรอผลตเอกสารนขนใหมในทกรปแบบ (รวมทงการถายรป หรอ เกบอยในวสดหนงวสดใด
โดยวธการทางอเลคโทรนค และ/หรอ ใชสงตพมพนเพยงครงคราวหรอโดยบงเอญ) โดยมไดรบความยนยอมเปนลายลกษณอกษรจาก ESSOM COMPANY LIMITED
A 031013
การรบมอบสนคา 1. การรบมอบสนคา (1) ในการรบมอบสนคา ณ สถานทของลกคา ลกคาควรตรวจสอบสนคาวามการช ารดเสยหายหรอมการสญหายใน
ระหวางการขนสงหรอไม (2) ถามความเสยหายเกดขนกบสนคาหรอมสนคาไมครบตามรายการทระบไวในใบสงสนคา ผขายจะสงมอบให
ใหมเฉพาะสนคาทไมครบตามรายการหรอเปลยนสนคาใหใหมเฉพาะรายการทมการช ารดเสยหาย เทานน 2. ความรบผดชอบของผผลต (1) เพอความปลอดภยของผใชงานและบคคลขางเคยง กอนทจะท าการตดตงเรมน าเขาใชงานหรอใชงานเครอง
ทดลองตามทระบไวในคมอการใชงาน บรษท เอสซอม จ ากด จงขอเตอนใหผใชงานค านงถงความปลอดภยของตวผใชงานเองและบคคลอนทอยใกลเคยงกบเครองทดลอง
(2) บรษทจะไมรบผดชอบใดๆ ถาความเสยหายของอปกรณ หรอทรพยสน หรอการบาดเจบ ทงของผใชงานหรอบคคลทสาม นนเกดจากการตดตงอยางไมถกตอง การบ ารงรกษาและใชงานผดไปจากทระบไวในคมอการใชงานทจดพมพขนโดยบรษท
(3) เพอความปลอดภยของผใชงานและนกศกษาในขณะท าการทดลอง การด าเนนการจะตองปฏบตตามหลกเกณฑความปลอดภยทระบไวในคมอการใชงานอยางคเรงครด
3. หลกเกณฑความปลอดภย 3.1 หลกความปลอดภยทวไป กอนทจะด าเนนการตดตง เรมน าเขาใชงาน และใชงานเครองทดลองทระบไวในคมอการใชงาน เราขอเตอนทานเกยวกบอนตรายรนแรงทอาจจะเกดขนได ถาไมปฏบตตามหลกเกณฑความปลอดภยอยางเครงครด ผใชงานเครองทดลองอาจจะไดรบอนตรายไดหากมการใชงานอยางไมถกตอง จากการชอกดวยไฟฟา จากอนตรายของเครองทดลองทมการหมน และจากการขาดการรกษาความสะอาด จากแนวคดทวา “อบตเหตสามารถหลกเลยงได” จะตองแนใจวาเครองทดลองถกตดตงอยางถกตอง มการบ ารงรกษาอยางสม าเสมอ และผใชงานทราบเปนอยางดวาอปกรณนนมอนตรายอะไรบาง 3.2 การตระหนกถงกฎความปลอดภย 1) กอนปฏบตการกบอปกรณทดลอง ผด าเนนการตดตง น าเขาใชงาน หรอท าการทดลอง จะตองเปนผทมความรความสามารถเหมาะสมและทราบค าแนะน าและขอก าหนดทระบไวในคมอของผผลตและผจ าหนายเปนอยางดแลว 2) จะตองแนใจวาค าแนะน าทงหลายทระบอยในคมอไดรบการปฏบตตามอยางจรงจง
B 031013
4. ความปลอดภยเกยวกบไฟฟา 1) ผทจะปฏบตงานกบเครองทดลองจะตองเปนวศวกรไฟฟาหรอชางไฟฟาทมความสามารถเหมาะสมซงเขาใจ
หลกการท างานของอปกรณทดลองและสามารถตดสนใจในแงของความปลอดภยไดอยางถกตอง 2) ถาไฟฟาทจะจายเขาเครองทดลองไดมาจากการเดนสายไฟฟาอยางชวคราว จะตองมการตดตงอปกรณปองกน
เพอความปลอดภย เชน Earth Leakage Circuit Breaker (ELCB) เปนตน 3) สายไฟฟาทใชจะตองมขนาดทถกตองเหมาะสมกบเครองทดลองระบบไฟฟาจะตองมอปกรณปองกนเพอความ
ปลอดภยซงจะตดกระแสไฟฟาออกในกรณทรบภาระเกนพกด (Overload) โดยเครองทดลองไมเกดความเสยหายแตอยางใด (Overload relay)
5. การตดตง ก) ในระหวางการรบมอบสนคาจะตองระมดระวงอยางยงทจะไมท าใหอปกรณตางเกดการช ารดเสยหายจากการ
เคลอนยายและการเปดหบหอบรรจ ถามการใชลวดสลงในการเคลอนยาย จะตองแนใจวาลวดสลงผกอยกบโครงสรางหรอสวนทแขงแกรงของเครองทดลอง ในกรณทใชเครองจกรในการของ เชนรถฟอรกลฟท จะตองแนใจวางาของฟอรกลฟทสอดอยใตสวนทเปนฐานแทนเครองของเครองทดลองโดยไมท าใหสวนหนงสวนใดของเครองทดลองเกดความเสยหายในขณะทยกเครองทดลอง
ข) ในบางกรณจ าเปนทจะตองตดตงเครองทดลองบนแทนเครองทแขงแรงและไดระดบ 5.1 สายไฟฟา 1) รหสสของสายไฟฟาตามปกตของเครองทดลอง คอ สด า Line สเทาหรอสขาว Neutral สเขยว-เหลอง Ground 2) สายไฟฟาแบบสามเฟสมหาเสน คอ สแดง สน าเงน และสด า Line สเทาออนหรอสขาว Neutral สเขยว Ground
C 031013
5.2 ขอควรระวงทวไปส าหรบอปกรณทใชน ารวมทงหอคอยหลอเยนแบบระเหย 1) ควรมการเปลยนถายน าทใชในระบบอปกรณทดลองอยางสม าเสมอ เนองจากน าทมการตกคางอยในอปกรณอาจเกดการเนาเสยได หากมการปลอยเอาไวในระบบเปนเวลานาน 2) ควรมการลางทอทางของอปกรณทดลองอยางสม าเสมอดวยการอดดวยน าสะอาดทมความดน 3) สงทเจอปนอยในน าอาจท าใหเกดตะกรนและตะไครขนภายในทอได จงควรท าความสะอาดตามทก าหนดอยางสม าเสมอ 4) เพอใหอปกรณท างานไดอยางมประสทธภาพ อณหภมของน าทใชในการทดลองไมควรสงกวา 45 องศาเซลเซยส 5) เพอเปนปองกนปญหาทจะเกดขนเกยวกบการมสงแปลกปลอมปนอยในน า การด าเนนการควรใชผทมความเชยวชาญดานนโดยเฉพาะ 5.3 อปกรณทมการหมน
ถาเครองทดลองมชนสวนทเกดการหมน เชน มอเตอร เครองก าเนดไฟฟา พดลม ฯลฯ ซงตามปกตแลวอปกรณเหลานจะมแผงก าบง (Protection shield หรอ guard) เพอปองกนผใชงานจากอนตรายทอาจจะเกดขน แผงก าบงนตองอยในทของมนอยางถกตองในขณะทใชงานเครองทดลอง (กรณทมการหมน) และจะถอดออกเฉพาะในกรณทท าการบ ารงรกษาเทานน
หลงจากเสรจสนการบ ารงรกษาแลว จะตองใสแผงก าบงกลบคนสต าแหนงทถกตอง หามใชงานอปกรณทดลองโดยไมมแผงก าบง 5.4 อปกรณทใชไอน า 1) ส าหรบการใชงานเครองทดลองทใชไอน า มขอควรระวงทส าคญหลายประการทผใชงานและชางซอมม
บ ารงรกษาตองจดจ า ทงในแงการเดนเครองใชงานและการวางแผนบ ารงรกษา ในระหวางการเดนเครองใชงานเครองทดลอง ไอน าและน ามอณหภมและความดนสงซงสามารถกอใหเกดความเสยหายและเกดอนตรายอยางรนแรงตอนกศกษาได หากไมปฏบตตามขอควรระวงทางดานความปลอดภยอยางเครงครด
2) หามเดนเครองใชงานอปกรณทดลองเกนกวาคาอณหภมและความดนวกฤตทก าหนดไวในคมอการใชงาน 3) ควรตรวจสอบและปรบเทยบลนนรภย (Safety valve) เปนระยะตามทก าหนดไวในคมอ และมการจดบนทกไว
อยางตอเนอง ส าหรบลนลดความดน (Pressure reducing valve) กควรปฏบตเชนเดยวกนดวย ลนนรภย (Safety valve) อาจจะท างานทนททนใดโดยไมมการเตอนลวงหนา ดงนนจงควรตอทอระบายออกไปสพนททปลอดภย
4) ควรสอบเทยบเครองมอวดตางๆ เชน มาตรวดความดน เทอรโมมเตอร และ Sensors ตามก าหนดระยะเวลาตามปกตอยางตอเนอง
5) ควรตรวจสอบอปกรณทดลองโดยการสงเกตดวยสายตาเปนระยะ เพอหาการรวของไอน า ฯลฯ และตรวจสอบโครงสรางหรอรอยตอตางๆดวย วายงแนนอยหรอไม
6) ควรสวมใสอปกรณปองกนภยสวนบคคล เชน ชดทนความรอนและถงมอ เมอท าการบ ารงรกษาเครองทดลอง
D 031013
5.5 อปกรณทมอณหภมสง 1) มขอควรระวงทส าคญหลายประการในการเดนเครองใชงานและการบ ารงรกษาส าหรบผใชงานและชางซอม
บ ารงรกษาอปกรณทดลองทมอณหภมสงในขณะทเครองทดลองท างาน อากาศ กาซ หรอน า จะมอณหภมและความดนสง ซงสามารถกอใหเกดความเสยหายและเกดอนตรายอยางรนแรงตอนกศกษาได ถาไมปฏบตตามขอควรระวงทางดานความปลอดภยอยางเครงครด
2) อยาเดนเครองใชงานอปกรณทดลองเกนกวาคาอณหภมวกฤตทก าหนดไวในคมอการใชงาน 3) ควรสอบเทยบเครองมอวดตางๆ เชน เทอรโมมเตอร และ Sensors ตามก าหนดระยะเวลาตามปกตอยางตอเนอง 6. หลกความปลอดภยในการบ ารงรกษา 1) ในขณะทท าการบ ารงรกษาจะตองปลดกระแสไฟฟาทจายใหกบอปกรณทดลองออกกอนเสมอ 2) แขวนปายเตอนทระบวาอปกรณอยระหวางการบ ารงรกษาไวทตจายไฟ เพอปองกนบคคลอนเขามายงเกยว 3) ตรวจสอบการท างานของอปกรณปองกน คอ ELBC วามนท างานถกตองตามขอก าหนดของมน เพอเปนการ
ประกนความปลอดภยของบคคลทก าลงท างานอยกบอปกรณนน อปกรณทการท างานผดพลาดจะตองไดรบการแกไขโดยชางไฟฟาผเชยวชาญกอนทจะน าเครองทดลองนนกลบเขาใชงาน
4) ตรวจใหแนใจไดวางานเสรจสนโดยเครองทดลองกลบคนสสภาพเดมทกประการโดยไมมแผงก าบงหรอฝาครอบ เปดคางอยหรอไมแนนพอ และจะตองไมมสงแปลกปลอมใดๆหรอเครองมอชาง เชน ไขควงหรอประแจ เหลอทงไวอยในเครองทดลอง
5) ถามการใชน ากบเครองทดลองนน จะตองปฏบตตามขอก าหนดเกยวกบการปองกนผลเสยทจะเกดจากจลชพตางๆ ดวย
7. สภาวะความปลอดภยทวไปเมอเดนเครองใชงานหรอบ ารงรกษาเครองทดลอง 1) ในระหวางการเดนเครองใชงานและการบ ารงรกษาเครองทดลอง ความปลอดภยและสขอนามย ของนกศกษา
สามารถปองกนไดหลายวธ เชนการสวมใสอปกรณปองกนภยสวนบคคล เปนตน 2) อยาสวมใสเสอผาทหลวมหรอรมรามในหองทดลอง เสอผาเชนนนสามารถกอใหเกดอนตรายรนแรงได ถามน
เขาไปพนกบชนสวนของเครองทดลองทมการหมน 3) จะตองสวมถงมอเมอเคลอนยายวตถทมพษ หรอสมผสกบสวนทมอณหภมสง 4) จะตองสวมอปกรณปองกนห เมอเครองทดลองนนมเสยงดงในขณะเดนเครองใชงาน 5) จะตองสวมใสอปกรณปองกนตา ถาการท างานนนอาจจะเกดอนตรายกบดวงตาได
1-1 180814
คมอการใชและการทดลอง
HB023F ชดทดสอบกงหนน าแบบฟรานซสขนาดเลก
HB 023P MINI PELTON TURBINE
Pressure gauge
Inlet pipe
Spring balances
Outlet pipe
รปท 1-1 HB023F ชดทดสอบกงหนน าแบบฟรานซสขนาดเลก
1. รายละเอยดทวไป
อปกรณสาธตประกอบการทดลองชดนเปนอปกรณทใชในการศกษาถงคณลกษณะและการท างานของกงหนน าแบบฟรานซสโดยจะแสดงคณลกษณะตางๆ ของกงหนเชน แรงบด ก าลง ประสทธภาพ ทความเรวตางๆกน ภายใตอตราการไหลและเฮดทแตกตางๆ กน ชดทดลองนสามารถใชงานรวมกบชดทดลอง HB 100 (จ าหนายแยกกน)
ตวหวฉดชนดปรบแตงไดจะท าหนาทในการฉดน าเขาสใบกงหน (Runner) ก าลงดนของน าสามารถตรวจวดไดจากเกจวดก าลงดนทตดตงอยทางดานทางเขาของชดทดลอง แรงบดทเกดจากการหมนของใบกงหน สามารถวดไดจาก Prony brake ทตออยกบ spring balances ความเรวรอบของกงหนสามารถตรวจวดไดโดยการชเครองวดความเรวรอบชนดเคลอนท (portable tachometer, เปนอปกรณเสรมของชดทดลอง) อตราการไหลของน า ใชการวดจากอตราการไหลของน าออกจากถงวดทอยในชดทดลอง HB 100 Hydraulics Bench ชดทดลองมาตรฐานจะมหวตอชนดหวตอเรว (quick coupling) เพอใชตอกบชดทดลอง HB อปกรณทดสอบนตงอยบนขาตงทสามารถปรบระดบได
HB100 Hydraulics Bench
1-2 180814
1.1 ขอมลทางเทคนค 1.1.1 โครงสราง : ใบกงหนท าจากบรอนซมขนาดเสนผานศนยกลาง 65 มม.
: ปกน าชนดปรบทศทางได (Adjustable guide vanes) จ านวน 7 ใบ : เพลาท าจากเหลกสเตนเลส : โครงของตวกงหนท าจากเหลกไรสนม ฝาดานหนาท าจากพลาสตกใส สามารถมองเหนการท างานของกงหนไดชดเจน
1.1.2 อตราการใชงาน : ความเรวรอบสงสด (ประมาณ) 3400 รอบตอนาท : สามารถใหก าลงงานไดไมนอยกวา 25 วตต
1.1.3 อปกรณประกอบ 1.1.3.1 เกจวดก าลงดน : ชวงการวด 0-3 kg/cm2 1.1.3.2 อปกรณวดแรงบด : จ านวน 2 ตว ชนด spring balances 1.1.3.3 อปกรณวดความเรวรอบ : ชนดเคลอนทได (Portable tachometer)
1.2 ลกษณะการทดลอง
1.2.1 วเคราะหคาความสมพนธระหวางคาแรงบด (Torque) กบความเรวทเฮดและอตราการไหลตางๆ 1.2.2 วเคราะหคาความสมพนธระหวางคาก าลงงานทไดจากกงหนน า (Power Output) กบความเรวทเฮด
และอตราการไหลตางๆ 1.2.3 วเคราะหคาความสมพนธระหวางคาประสทธภาพ (Efficiency) กบความเรวทเฮดและอตราการไหล
ตางๆ
2-1 171214
2. ทฤษฎทวไป
กงหนน าเปนเครองจกรพลงน าทแปรรปพลงงานของของเหลวใหเปนงานทางกลทมประโยชนทเพลาหมน วศวกรพลงงานใหความสนใจกบการผลตงานทเพลาในโรงไฟฟาพลงน าจากพลงงานศกยของกอนน าหลงเขอน วศวกรไฟฟาสนใจในการแปรรปงานทเพลาไปเปนพลงงานไฟฟาในเครองผลตไฟฟาและการสงถายพลงงานไฟฟาไปตามเสนทางการสงถายไปยงจดตางๆทซงมนสามารถถกแปรรปไปเปนงาน,ความรอน,แสง หรอเสยง
ในการศกษาเครองจกรพลงน าโดยเฉพาะเทอรไบนและปมพลงน า มนเปนธรรมเนยมทจะแสดงรปแบบของพลงงานตางๆในเทอมของ “เฮด” ซงใชความสงของน าแทนพลงงานทจดใดๆในระบบการไหล เฮดสถตยหรอพลงงานศกยของคอลมนน าของโรงไฟฟาพลงงานกงหนน าขนอยกบความสงของเขอน เฮดรวมของโรงไฟฟาคอระยะในแนวดงจากระดบหางน าไปยงระดบน าทเขอนเกบน า รปแบบตางๆของพลงงานน าถกแสดงออกในเทอมของเฮดน า (ในหนวยความยาว) ซงแทนพลงงานตอหนงหนวยมวลของน าดงตอไปน:
2.1. เฮดความดน (Pressure Head, Hp)
คาความดนนอกจากจะบอกเปนแรงตอหนงหนวยพนท เชน นวตนตอตารางเมตร (N/m)2 หรอปอนดตอตารางนว (psi) หรอกโลกรมตอตารางเซนตเมตร แลวถาเปนความดนของของเหลวกจะมกนยมบอกเปนแทง ความสงของของเหลวทจะกอใหเกดความดนทก าหนดบนผวหนาซงรองรบแทงของเหลวนน ความดนซงบอกเปนแทงความสงของของเหลวนเรยกวา เฮดความดน (PRESSURE HEAD):
ความสมพนธระหวางความดน p และเฮดความดนh คอ
pHp ……………… (2.1)
เมอ: Hp = เฮดความดน, m p = ความดน, N/m2 = น าหนกจ าเพาะ, N/m3
2.2. เฮดความเรว (Velocity head, Hv)
ของเหลวทไหลในทอหรอทางน าเปดดวยความเรวใด ๆ นนมพลงงานจลนอย พลงงานจลนตอหนงหนวยน าหนกของของเหลวถกเรยกวาเฮดความเรว
พลงงานจลนของวตถทเคลอนทเปนไปตามสมการ:
2g
V
w
KE.v
H
Vg
w
2
1
mV2
1 KE.
2
2
2
……………… (2.2)
2-2 171214
เมอ: KE. = พลงงานจลน, Nm m = มวลของวตถ, kg w = น าหนกของวตถ, N V = ความเรว, m/s g = อตราเรงเนองจากแรงดงดดของโลก, m/s2
2.3. เฮดสถตย (Static Head หรอ Elevation Head; Z)
เมอของเหลวอยในทสงกมพลงงานศกย (Potential energy) ในตว พลงงานศกยตอหนงหนวยน าหนกของของเหลวถกเรยกวาเฮดสถตย พลงงานศกย (Potential energy) ของวตถทระดบ Z คอ
Z w
P.E.
sH
Zw P.E.
เมอ: P.E. = พลงงานศกย, Nm w = น าหนก, N Z = ระดบอางอง, m
2.4. เฮดรวม (Total Head; HT)
เฮดรวมของน า ณ จดหนงจดใดกคอพลงงานทงหมดตอหนงหนวยน าหนกของน าและเทากบ
ดงนน HT = Pressure Head + Velocity Head + Static Head
sH vH pHTH
Z
2g
Vp 2
…………… (2.4)
ซงจะหมายถงสมการพลงงานรวมของของไหลนนเอง
2.5. เฮดความฝด (Friction Head ; Hf)
ในขณะทของเหลวไหลจากจดหนงไปยงอกจดหนง พลงงาน หรอ เฮดในการไหลสวนหนงจะสญเสยไป เนองมาจากความเสยดทานระหวางของเหลวกบผนงทอหรอ ทางไหลของน า และการเสยดสกนเองของอนภาคของของเหลว พลงงานทสญเสยนตอหนงหนวยน าหนกของของเหลวถกเรยกวา เฮดความฝด ฉะนนเฮดความฝดระหวางจดท 1 และจดท 2 คอ
21
22
2121
T2T1f12ZZ
2g
V
2g
VppHHH
…………… (2.5)
……………… (2.3)
2-3 171214
2.6. กงหนพลงน าทโรงผลตไฟฟา
อางกกเกบน าเหนอเขอนของโรงไฟฟาพลงน าจะท าหนาทเกบน าจ านวนมหาศาลไวในทสง ดงนนน าในอางกกเกบน าเหนอเขอนจงมพลงงานศกยทสงมาก ถาหากน าในอางกกเกบน าเหนอเขอนนถกปลอยลงสระดบทต ากวา ไหลผานทอเหลกซงโดยปรกตจะมขนาดใหญ ซงมชอเฉพาะวา “Penstock” ถกปลอยใหไหลผานกงหนน า พลงงานของน าบางสวนกจะถกกงหนแปลงใหเปนพลงงานกลทถกสงออกมาทางเพลาของกงหนทน าไปขบเครองก าเนดไฟฟาเพอแปลงเปนพลงงานไฟฟาอกทอดหนง ส าหรบน าทไหลออกมาจากกงหนนนตามทฤษฎแลวจะถอวามความดนเทากบความดนของบรรยากาศ
ตวอยางแผนผงของโรงไฟฟาพลงน านนอยในรปท 2-1
รปท 2-1 แผนผงแบบงายของโรงไฟฟาพลงน า
การพจารณาทางดานทฤษฎในอดมคตของระบบการไหลของของเหลวของโรงไฟฟาพลงน ากบกงหนตอสมการพลงงานทวไป (2.5) ไหลผานจากจด 1 ไปจด 2 ผาน Penstock คอดงน
Z1 + V12 /2g + p1/ = Z2 + V2
2 /2g + p2 / เมอ Z1 = Y ความแตกตางในระดบ V = 0 p1 = 0 (คาความดนบรรยากาศ) Z2 = 0 (คาความสงทดานทางออกของเทอรไบนจากระดบอางอง) น า ทจด 2 อยภายใตความดนทสงมากและความเรวของของเหลวไหลผาน penstock (ทปรกตม
เสนผาศนยกลางขนาดใหญ) คอนขางต าและอาจจะละทงได (V2 = 0) ดงนน, Z1 = p2 / …………………. (2.6) และจากหนาตด 2 และ 3 ไหลผานกงหน ดงน
1
2 3
Surge tank
Penstock
Turbine
Tail water
Headwater
Pressure pipe
Energy grade line
Y
2-4 171214
เมอ Z2 + V22/2g + p2/ = Z3 + V3
2/2g + p3 / + W …………… (2.7) เพราะวา, Z2 = Z3 = 0 (เสนอางอง) V2 = 0 (ปกตแลวคา p2 จะมคาสงมากและคา V2 จะมคาต าและสามารถตดทงได) P3 = 0 (คาความดนบรรยากาศ) V3 = 0 (ความเรวททางออกของกงหนมคานอยมากสามารถตดทงได) ดงนน, W = p2/ …………………. (2.8)
2.7. ชดทดลองกงหนน า
ส าหรบชดทดลองกงหนน า พลงงานของน านนไมไดมาจากพลงงานทสะสมอยในตวของของเหลว แตเปนพลงงานของน าทไดมาจากปมน า
HT2 = HT3
ดงนน HP2 = HTurbine + Hf23
เมอ HTurbine = พลงงานทผลตไดจากกงหนน า
3-1 171214
3. รปแบบของเครองกงหนน า เครองกงหนน าสามารถแบงออกไดเปน 2 ประเภทใหญๆ ตามวธการแปลงพลงงานของน าใหเปนพลงงานกล
ดงน : a) กงหนน าแบบอมพลส (Impulse Type Turbine)
กงหนแบบนเฮดของความดนทงหมดจะถกหวฉดเปลยนเปนเฮดความเรวทความดนของบรรยากาศ ล าน าความเรวสงทฉดออกมาจากหวฉดนจะพงเขาชนครบของใบจกร (Bucket) ของกงหน กงหนทไดรบการออกแบบทดนนความเรวของน าในขณะทไหลออกจากครบของใบจกรนนควรจะลดนอยลงจนกระทงมคาเขาใกลศนย กงหนน าแบบอมพลสทเปนทรจกกนดคอ Pelton และ Cross Flow b) กงหนน าแบบรแอคชน (Reaction Type Turbine)
กงหนน าแบบนเฮดความดนบางสวนของน าทไหลเขามาในตวกงหนจะถกครบบงคบทศทางการไหล (guide vane) ทอยดานนอกของตวใบจกรเปลยนเปนเฮดความเรวกอนทจะไหลเขาไปในตวใบจกร ความดนสวนเกน (over pressure) นจะท าใหน าทไหลผานใบจกรของกงหนเกดความเรงขนตอจากนนน าจะไหลตามแนวแกนออกจากใบจกรสแหลงน าในบรรยากาศ ใบจกรของกงหนแบบนจะคลายคลงกบใบพดของปมน าแตจะท างานตรงกนขามกบปมน า กงหนแบบรแอคชนนเหมาะกบโรงไฟฟาพลงน าขนาดกลางถงขนาดใหญ กงหนน าแบบนจะใหประสทธภาพสงเมอน าเหนอเขอนมระดบปานกลางถงระดบสงทมอตราการไหลระดบปานกลาง กงหนแบบรแอคชนนทเปนทรจกกนดคอ Francis, Kaplan, และ Axial-Flow Turbines
กงหนน าไมวาจะเปนแบบไหนกตามเฮดบางสวนหรอเฮดทงหมดจะถกเปลยนไปเปนเฮดความเรว
3.1. กงหนน าแบบเพลตน (Pelton Turbine) กงหนน าแบบเพลตนน (รปท 3-1) เหมาะส าหรบใชงานกบโรงไฟฟาพลงน าขนาดกลางทน าในเขอนม
ระดบคอนขางสงและมอตราการไหลคอนขางต า หนาทของกงหนแบบเพลตนกคอจะเปลยนพลงงานของน าใหเปนพลงงานกล โดยใหน าความเรวสงทฉด
ออกจากหวฉด (หวฉดเดยวหรอหลายหวฉดกได) ไปชนกบครบ (Bucket) ของใบจกร การชนทเกดจากน าวงเขาชนครบนท าใหเกดพลงงานจลนซงสามารถวดดวยไดนาโมมเตอร
3-2 171214
Needle nozzle Deflector
Braking nozzle
Housing
Runner
To governor
รปท 3-1 ตวอยางกงหนแบบอมพลส (เพลตน)
รปท 3-2 โครงสรางแบบงายๆของกงหนแบบเพลตน (อมพลส)
กงหนน าแบบเพลตนมโครงสรางดงรปท 3-2 ซงจะเหนไดวาใบจกรหรอตววงลอของกงหนนมครบทเรยกวา Bucket ตดอยตามขอบของตววงลอเปนแถว ครบรปรางพเศษนประกอบดวยสวนทมผวโคงทคลายคลงกบชอนสองอนทวางขอบชดกนดงรปท 3-3.
Jet
NozzleBuckets
3-3 171214
ล าน าอสระทมความเรวสงทเรยกวาเจตของน า (water jet) จะวงเขาชน bucket ทตดอยกบขอบของวงลอ ตามทฤษฎนนเราตองการใหสนแบงน าทอยกลาง bucket แบงล าน าความเรวสงทวงเขาชนออกเปนสองสวนเทาๆ กน น าแตละสวนทถกแบงออกมานนจะถก bucket เปลยนทศทางการไหลโดยท ามม 165o กบทศทางการไหลเดม ดงรปท 3-3 ตามทฤษฎนนถาหากสามารถเปลยนทศทางการไหลของน าใหไหลกลบเปนมม 180oกบทศทางการไหลเดมแลวกจะท าใหกงหนมก าลงสงสด แตในทางปฏบตนนไมสามารถท าไดเพราะวาน าทไหลกลบเปนมม 180O นนจะไปกดขวางการเคลอนทของ bucket ตวทตามหลงมา ดงนนจงตองใหเบนออกไปทางดานขาง
รปท 3-3 Wheel bucket และ แผนภมความเรวส าหรบกงหนเพลตน 3.2. กงหนน าแบบครอสโฟลว (Cross Flow or Through Flow Turbine)
กงหนน าแบบครอสโฟลว หรอ กงหนน าแบบไหลผาน เปนกงหนแบบอมพลสประเภทหนง กงหนแบบครอสโฟลวนประกอบดวยสวนทเรยกวาใบจกร (Runner) กบสวนทเรยกวาหวฉด (Nozzle) น าทมความดนสงจะถกปลอยใหไหลผานหวฉดซงมพนทหนาตดเปนรปสเหลยมมมฉาก ใบจกรหรอตววงลอของกงหนนท าดวยจานกลมสองจานทยดขอบจานเขาตดกนดวยชดของครบ หรอชดของใบของใบจกรทมผวเปนสวนโคงของวงกลม กงหนน าแบบนมชอเรยกอกชอหนงวากงหนน าแบบบงก (Banki turbine) กงหนแบบนจะมประตควบคมอตราการไหลทเรยกวา gate vane พรอมคานทเปนกลไกส าหรบปรบพนทของประตเพอเพมหรอลดขนาดของเจตใหเหมาะกบก าลงของกงหนทตองการ ดงรปท 3-4 หวฉดจะฉดน าเตมหนากวางของใบจกรหรอวงลอ น าทฉดจากหวฉดนจะถกบงคบใหไหลเขาไปในใบจกรตามทศทางหรอตามมมของครบทกระท ากบขอบวงลอ น าทฉดจากหวฉดนจะวงชนครบหรอใบของใบจกรทขอบวงลอแลวไหลผานไปบนผวครบเพอไหลออกจากขอบดานในของใบจกร ตอจากนนกไหลเขาทขอบดานในของครบใบจกรในดานตรงขามเพอไหลออกทางขอบดานนอกของครบใบจกร ดงนนกงหนแบบนจงเปนแบบทน าไหลเขาตามแนวรศมของตวใบจกร
Vr = V - Vb
BucketJetV
Vb
V = Jet velocity
Vr = Relative velocity
Vb = Bucket velocity
= Jet turn angle
3-4 171214
รปท 3-4 โครงสรางกงหนน าแบบครอสโฟลว
แบบอยางเสนทางของน าไหลผานกงหนน าแบบครอสโฟลว (Banki) และไดอะแกรมความเรวถกแสดงในรปท 3-7 และ 3-8
รปท 3-5 เสนทางของน าผานกงหนน าแบบครอสโฟลว
D
B
C
E
A
Water Outlet
Water Inlet
3-5 171214
Pit liner
Servomotor
Runner
Stay vanes
Spiral case
Wicket gates
Draft tube
D1
Dr ,Dm B
รปท 3-6 ไดอะแกรมความเรว 3.3. กงหนน าแบบฟรานซส (Francis Turbine)
กงหนแบบฟรานซสนอยในรปท 3-7 ในขณะทกงหนก าลงท างานนนน าจะไหลออกจากครบบงคบทศทางการไหลทเรยกวา Guide vane ซงมชอเรยกอกชอวา wicket gates ทหนเขาหาจดศนยกลางของตวใบจกร น าทจะไหลเขาใบจกร (runner) ซงอยในระหวางครบบงคบทศทางการไหล (Guide vane) กบตวใบจกรนนจะมความดนทสงมาก ครบของใบจกรทมการไหลแบบผสม (mixed Flow) นเปนแบบทปรบมมเอยงของครบใบจกรไมได ใบจกรของกงหนแบบนจะคลายคลงกบใบพดแบบผสมการไหลของเครองสบน ามาก
รปท 3-7 โครงสรางของกงหนน าแบบฟรานซส Medium – head กงหนน าแบบฟรานซสเปนกงหนแบบรแอคชนชนดหนง กงหนน าแบบนไมมเจตอสระของน าเหมอน
ของกงหนแบบเพลตน แตจะมครบบงคบทศทางการไหลของน า (guide vane) ตดอยกบตวเรอนหรอเปลอกของตวกงหนรอบ ๆ ตวใบจกรทมครบตดอยเปนจ านวนมาก น าทอยรอบ ๆ ขอบของใบจกรจะไหลเขาไปในจกร
3-6 171214
ADJUSTABLE
GUIDE VANE
DRAFT TUBE
BEGINS HERE
RUNNER
BLADE
HOUSING
Adjustable Guide Vane
Draft Tube
Begins Here
Runner Blade
Housing
ดงรปท 3-8 น าทมความดนสงนจะไหลเขาตวเรอนกงหนรปเปลอกหอยรอบ ๆ ตวใบจกร ภายหลงจากทไหลผานครบบงคบทศทางการไหลทสามารถปรบมมเอยงไดแลว น ากจะไหลเขาไปในตวใบจกรตามแนวระนาบในลกษณะทตงฉากกบแกนหมน น าสวนใหญจะไหลตามแนวรศมเขาหาจดศนยกลางของตวใบจกร ดงนนจงมกเรยกกงหนแบบนวากงหนน าแบบไหลตามแนวรศม หรอ กงหนน าแบบฟรานซส
รปท 3-8 แบบอยางโครงสรางของ Radial-Flow Francis Turbine ส าหรบใบจกรของกงหนน าทน ามทศทางการไหลแบบผสม ดงรปท 3-9 นน น าทไหลผานตวใบจกร
บางสวนจะไหลในแนวรศม บางสวนจะไหลในแนวแกนของใบจกร กงหนน าแบบนบางครงจะเรยกวากงหนน าแบบอเมรกน อยางไรกตามมกจะเรยกกงหนแบบทน าไหลเขาหาแกนกลางของใบจกรวากงหนแบบฟรานซส
รปท 3-9 แบบอยางโครงสรางของ Mixed-Flow Francis Turbine
3-7 171214
กงหนแบบฟรานซสทใชในงานจรงนนมลกษณะการตดตงดงในรปท 3-10 ซงจะเหนไดวาตวใบจกรของ
กงหนจะตอตรงเขากบเพลาของเครองก าเหนดไฟฟาภายในโรงไฟฟา รปท 3-10 ภาพหนาตดของกงหนแบบฟรานซสขนาด 54,000 แรงมาและชดปนไฟ
แรงปฎกรยาทใบจกรกระท าตอกระแสน าภายใตสภาวะการท างานทตอเนองของกงหนนนสามารถพจารณาตามรปท 3-10 ดงน
3-8 171214
A
Outlet
A
Cm1
C1
1 2
Cm1
Direction of Rotation
W2C1
u1
W1
1
2
(a) ใบจกรของกงหนน าแบบฟรานซส น าททางเขามสวนประกอบในแนวรศมเขาหาจดศนยกลาง Cm1. ความเรวขาออกตามแนวแกนท C1 และใกลประสทธภาพสงสด
(b) ภาพดานหนาของครบบงคบทศทางการไหลและใบจกรพรอมไดอะแกรมความเรวททางเขาจด 1 u1 = peripheral wheel velocity C1 = absolute water velocity W1 = relative water velocity Cm1 = radial component of velocity C1 เพราะรองระหวางครบทตดกนคอยๆเรยวเลกลง ความเรว W1 จะถกเพมเปน W2 ททางออกจด 2
รปท 3-11 ไดอะแกรมความเรวของน าทไหลผานครบบงคบทศทางการไหลของกงหนแบบฟรานซส
3.4. กงหนน าใบพดแบบแคปแลนและแบบไหลตามแนวแกน (Kaplan and Axial Flow Propeller Turbines) กงหนน าใบพดแบบแคปแลนตามทแสดงในรปท 3-12 น าไหลผานครบบงคบทศทางการไหลเหมอนกบ
ในกงหนน าแบบฟรานซสและและจะไหลไปตามแนวแกนของกงหนกอนทจะไหลเขาไปในตวใบจกร ใบจกรของกงหนแบบนจะคลายคลงกบใบพดของเรอ ปกตแลวใบจกรแบบนจะปรบมมเอยงของครบไดเพอเพมประสทธภาพการท างาน ส าหรบกงหนน าแบบแคปแลน ครบบงคบทศทางการไหลจะพาน าไหลตามแนวรศมไปยงแกนกอนจะหมนในแนวแกนมงไปยงใบจกร การไหลเปนแบบ 2 มตในระนาบทตงฉากกบแกนหมนทซงอนภาคของของเหลวอยหางจากแกนเปนระยะคงท สายน าไหลเปนแบบวงกนหอยบนแกนทรงกระบอกรวม สายน าไหลจะสามารถถกแสดงเพยงบนรปทรงกระบอกทเกดขนส าหรบรศมนนๆ
3-9 171214
Air supply
Stay vanes
Spiral case
Runner
Draft tube
Dm,Dd Wicket gates
D1
A B
รปท 3-12 โครงสรางกงหนใบพดแบบแคปแลน
รปท 3-13 โครงสรางกงหนใบพดแบบไหลตามแนวแกน
1 = butterfly valve 6 = bearing 2 = bearing 7 = the runner
3 = axial distributor 8 = journal 4 = generator stator 9 = gate ring
5 = generator rotor ส าหรบกงหนแบบไหลตามแนวแกนตามรปท 3-12 และ 3-13 น าจะไหลมงไปยงใบจกร (Runner) ตาม
แนวแกน ครบบงคบทศทางการไหล (Guide vane) เปลยนทศการไหลเพอวาอนภาคของๆไหลอยหางจากแกนเปนระยะคงทและสายน าไหลเปนแบบวงกนหอยบนแกนทรงกระบอกรวมคลายกบกงหนแบบแคปแลน
3-10 171214
Flow
Guide Vane
Stream Line
Guide Vane
Runner
Blade
Rotation
ทงกงหนแบบแคปแลนและแบบไหลตามแนวแกน ครบบงคบทศทางการไหล (Guide vane) อาจจะปรบไมไดหรอปรบไดกไดเพอบงคบเสนน าใหไหลเกอบตงฉากกบใบจกร (Runner) ถาเฮดน าไมแปรเปลยนมากและโหลดคอนขางคงท ใบจกร (Runner) แบบยดตายตวจะประหยดทสดเนองดวยประสทธภาพทสงและชนสวนกบอปกรณปรบแตงทนอยกวา
a) โครงสราง b) เสนสายน า
รปท 3-14 รปรางกงหนแบบไหลตามแนวแกนแบบใบพด (Propeller) เพอการศกษาของ ESSOM
Blade
Guide Vane Guide Vane
Runner
Guide Vane
Guide Vane
Guide Vane
Flow
3-11 171214
3.5. อมพลสเทอรไบนแบบไหลตามแนวแกน (Axial flow Impulse Turbine)
รปท 3-15 รปรางกงหนแบบอมพลสเทอรไบนแบบไหลตามแนวแกน เพอการศกษาของ ESSOM
Runner Blade
Water jet
Cm2 = W2C2
U2 = Cu2
2 2
รปท 3-16 รปตดดานหนา (Front view diagram)
Rotation
RunnerBlade
Axis of rotation
α
Water jet
รปท 3-17 รปตดดานบน (Top view diagram)
Blade
F
Runner axis of
rotation
r = Runner pitch
radius
Runner Blade
เมอ U = Blade velocity, s/m C = Absolute velocity, s/m Cu = Whirl velocity (relative component of C), s/m Cm = Meridian velocity, s/m W = Relative velocity, s/m
3-12 171214
ส าหรบอมพลสเทอรไบนแบบไหลตามแนวแกน ล าน าจะถกบงคบใหเขาสใบกงหนทมม α กบตวของใบกงหน แรงผลกทน ากระท าตอกงหน จะท าใหเกดแรงผลก (F) ซงจะท าใหเกดโมเมนตกระท าบนเพลาใบจกร (Fxr) หลงจากทน าเคลอนทผานปกกงหนแลวจะมความเรวลดลงเนองจากมการถายเทพลงงานบางสวนจากน าไปสตวกงหนนนเอง
4-1 171214
4. ทฤษฎทเกยวของ 4.1. ก าลงงานทจายใหกบเครองกงหนน า (Turbine power input, Wi)
จากสมการท (2.1) พลงงานของน าทจายใหกบเครองกงหนน าตอหนงหนวยน าหนกของน าเปนไปตามสมการ
เมอ Hp = p / Wi = Q.p เมอ Wi = ก าลงงานทจายใหกบเครองกงหนน า, Watts Q = อตราการไหลของน า, lt. /min. P = ความดนททางเขาเครองกงหนน า, kgf /cm2
ดงนน Wi = f
2
24
2
f3
kg
N9.81
m
cm10
cm
kgp
lt
m
1000
1
sec
min
60
1
min
ltQ
Wi = 1.635 Qp WattsQp1.635sec
mN
…………… (4.1)
4.2 ก าลงงานทไดเครองกงหนน า (Turbine power output, Wo) การทดสอบหาคาก าลงงานทไดจากเครองกงหนน าสามารถกระท าได 2 ลกษณะ คอ 4.2.1 การทดสอบดวยไดนาโมมเตอร (Dynamometer Test) ก าลงงานทเครองกงหนน าผลตไดสามารถวดไดดวยเมคคานคอลไดนาโมมเตอร ตามสมการ Wo = Frn เมอ Wo = ก าลงงานทไดจากเครองกงหนน า, วตต F = แรงลพธทวดไดจากเมคคานคอลไดนาโมมเตอรหรอไฮดรอลกส
ไดนาโมมเตอร, กโลกรม n = ความเรวรอบของไดนาโมมเตอร, รอบตอนาท r = ความยาวของรศมของไดนาโมมเตอร, เมตร
ดงนน Wo = 60sec
min
rev
)ensionlessradian(dim 2
min
revnm.r
fkg
N9.81kg F f
Wo = sec
mN
60
9.812Frn
Wo = Watts1.0273Frnsec
mNFrn 1.0273
…………… (4.2)
ในกรณทคาแรงบด ( torque (T= F r)) ของไดนาโมมเตอรสามารถวดไดเปน Newton-meter (N-m)
ดงนน Wo = 60sec
min
min
)ensionlessradian(dimn2mTN
Wo = Watts Tn 0.10472sec
mN0.10472Tn
…………… (4.3)
4-2 171214
4.2.2 การทดสอบหาคาพลงงานไฟฟา (Generator Test) เมอพลงงานทไดจากเครองกงหนน าไดมาจากการวดคาภาระทางไฟฟา ๖electrical load, lamp bank) ดงนน We = VxI Watts …………… (4.4) เมอ V = คาความตางศกยไฟฟา, โวลต I = กระแสไฟฟา, แอมแปร ก าลงงานทผลตไดจากเครองกงหนน าอาจสามารถอานไดโดยตรงจากวตตมเตอร
4.3 ประสทธภาพเครองกงหนน า (Turbine Efficiency, )
= 100%powerinput Turbine
poweroutput Turbine
= %100W
W
i
o …………… (4.5)
เครองกงหนน าแตละเครองจะถกออกแบบใหมประสทธภาพสงสดทคาความดนของน าทเคลอนทเขาไปยงเครองกงหนน าและทคาความเรวของเครองกงหนน าคาใดคาหนงโดยเฉพาะ
5-1 171214
5. ล าดบขนตองการทดลอง ส าหรบ HB 023F ชดทดสอบกงหนน าแบบฟรานซสขนาดเลก ในการหาคาอตราการไหลของน าเขาสเครอง
กงหนน านนจะใชโตทดลองชลศาสตร (อปกรณเผอเลอก) คาความดนสามารถอานไดจากเกจวดก าลงดน ความเรวของเครองกงหนน าวดไดจากเครองวดความเรวรอบแบบเคลอนท สวนแรงทกระท าบนไดนาโมมเตอรนนสามารถอานไดโดยตรงจากไดนามเตอร (Spring balance) รปท 5-1 แผนภมแสดงการตดตงชดทดสอบกงหนน าแบบเพลตนขนาดเลก HB023F กบโตะทดลองชลศาสตร
5.1. การตดตงอปกรณ 5.1.1. ตดตงโตะทดลองชลศาสตร (ดคมอค าแนะน าในการใชงานโตะทดลองชลศาสตร) 5.1.2. ปดวาลวระบายน าและลนน าของโตะทดลองชลศาสตร 5.1.3. เตมน าในถงเกบน าของโตะทดลองชลศาสตร โดยใหระดบน าอยต ากวาระดบสงสดประมาณ
5 ซม. 5.1.4. ตดตงชดทดสอบกงหนน าทดานบนของโตะทดลองชลศาสตรโดยใหทอทางออกของเครองกงหน
น าตรงกบแนวรางของโตะทดลองชลศาสตร 5.1.5. ตอทอทางออกของโตะทดลองชลศาสตรเขากบทอทางเขาของชดทดสอบกงหนน า (ดรป 5-2)
Flow Control Valve
Francis Turbine
Pressure Gauge Spring Balance
Speed Sensor (Portable Tachometer)
Channel
GV
Water Storage Tank
Measuring
Tank
Drain Valve Hydraulics Bench
5-2 171214
รปท 5-2 การตอทอทางออกของทอน าจากโตะทดลองชลศาสตรเขากบชดทดลองกงหนน า HB023F 5.1.6. ปดลนควบคมการไหลของน าเขาเครองกงหนน า (Nozzle Valve, GV) ใหสนท 5.1.7. คลายเบรคของไดนาโมมเตอรโดยการคลายสกรปรบแตงจนไมมแรงกระท ากบไดนาโมมเตอร 5.1.8. เปดสวทชปมน าของโตะทดลองชลศาสตรและเปดลนน าจนสด ซงจะท าใหอตราไหลของน าเขาส
เครองกงหนน ามคาสงสดและสรางก าลงดนขนทลนควบคมการไหลของน าเขาเครองกงหนน า (Nozzle Valve, GV)
5.1.9. คาก าลงดนททางเขาและความเรวของเครองกงหนน ารวมทงคาแรงบดหรอแรงทกระท าบนไดนาโมมเตอรจะตองมคาเปนศนย
5.2. เรมการทดลอง
5.2.1. เปดลนควบคมการไหลของน าเขาเครองกงหนน า (GV) ทละนอยจนก าลงดนทางเขาเครองกงหนน ามคาเปนไปตามทตองการ เชน 1.2 kg/cm2
5.2.2. บนทกผลการทดลองดงตอไปน: 5.2.2.1. ก าลงดนทางเขาเครองกงหนน า, kg/cm2 5.2.2.2. ปรมาตรน า, V l 5.2.2.3. เวลา, t min 5.2.2.4. ความเรวรอบเครองกงหนน า, n rpm 5.2.2.5. แรงทกระท าบนไดนาโมมเตอร, F kg
5.2.3. เพมคาแรงบดทกระท าบนไดนาโมมเตอรใหไดผลตางของตาชงสปรงประมาณ 0.1 kg บนทกผลการทดลองตามขอ 5.2.2
Turbine inlet pipe
Hydraulics Bench Outlet hose
5-3 171214
5.2.4. ท าการทดลองซ าในขอ 5.2.3 โดยการเพมคาแรงบดทกระท าบนไดนาโมมเตอรใหผลตางของตาชงสปรงเพมขนคราวประมาณ 0.1 kg จนกระทงความเรวของเครองกงหนน าลดลงเหลอประมาณ 700 รอบตอนาท
5.2.5. ปรบคาความดนเขาเครองกงหนน าโดยการปดลนควบคมการไหลของน าเขาเครองกงหนน า และ ท าการทดลองซ าในขอ 5.2.2 ถง 5.2.4
5.3 การทดลอง Racing Characteristics 5.3.1 คลายเบรคของไดนาโมมเตอรโดยการคลายสกรปรบแตงจนไมมแรงกระท ากบไดนาโมมเตอร 5.3.2 ท าการทดลองโดยเปดลนควบคมการไหลของน าเขาเครองกงหนน า (GV) จนสด 5.3.3 บนทกผลการทดลองดงตอไปน:
5.3.3.1 ก าลงดนทางเขาเครองกงหนน า, kg/cm2 5.3.3.2 ปรมาตรน า, V l 5.3.3.3 เวลา, t min 5.3.3.4 ความเรวรอบเครองกงหนน า, n rpm
5.3.4 ปดลนควบคมการไหลของน าเขาเครองกงหนน า (GV) ครงละรอบ บนทกผลการทดลองตามขอ 5.3.3
5.3.5 ท าการทดลองซ าในขอ 5.3.4 จนกระทงลนน าปดหมด 5.4 การค านวณ
จากผลการทดลองทได ค านวณหาคาตางๆ ดงตอไปน: - ก าลงงานทจายใหกบเครองกงหนน า - ก าลงงานทไดจากกบเครองกงหนน า - ประสทธภาพเครองกงหนน า
5.5 พลอตกราฟ Performance Curves จากผลการทดลองทไดท าการพลอตกราฟดงตอไปน - คาความเรวรอบเครองกงหนน ากบคาก าลงดนทางเขาเครองกงหนน าเมอไมมภาระกระท ากบเครอง
กงหนน า (Racing characteristic curve) - แรงบดของเครองกงหนน ากบความเรวของเครองกงหนน า - ก าลงงานทไดจกเครองกงหนน ากบความเรวของเครองกงหนน า - ประสทธภาพของเครองกงหนน ากบความเรวของเครองกงหนน า
5-4 171214
ตารางบนทกผลการทดลอง HB023F ชดทดสอบกงหนน าแบบฟรานซสขนาดเลก
Tested by…..…………..…………...Date…….…………..
Diameter of Prony Brake = ………...cm
Guide
vane
position
Turbine
inlet
pressure
p
(kg/ 2cm )
Volume
V
(l)
Time
t
(sec)
Dynamometer Results
Speed
n
(rpm)
Force (Spring Balance) Flow
rate
Q
(l/min)
Torque
T
(N.m)
Power
Input Wi
(Watt)
Power
Output
Wo
(Watt)
Efficiency
(%) Left
(g)
Right
(g)
Net
(g)
6-1 080609
6. ตวอยางผลการทดลอง ตารางบนทกผลการทดลอง
HB 023F ชดทดสอบกงหนน าแบบฟรานซสขนาดเลก
Tested by……H Prairin……………….Date…25/03/10………
Diameter of Prony Brake = ……6…...cm
Guide
vane
position
Turbine
inlet
pressure
p
(kg/cm2)
Volume
V
(l)
Time
t
(sec)
Dynamometer Results
Speed
n
(rpm)
Force (Spring Balance) Flow
rate
Q
(l/min)
Torque
T
(N.m)
Power
Input
Wi
(Watt)
Power
Output
Wo
(Watt)
Efficiency
(%) Left
(g)
Right
(g)
Net
(g)
1 0.90 30 30.97 3205 0 0 0 58.12 0 85.525 0 0
Full 0.90 30 33.25 2600 100 320 220 54.14 0.065 79.660 17.628 22.13
Open 0.70 30 31.66 2180 150 450 350 56.85 0.103 65.069 23.515 36.14
0.65 30 32.19 1817 200 630 480 55.92 0.141 59.427 26.879 45.23
0.60 30 31.50 1635 250 750 550 57.14 0.162 56.057 27.714 49.44
0.57 30 32.94 1421 300 900 650 54.64 0.191 50.926 28.466 55.90
0.52 30 31.89 1224 350 1010 710 56.44 0.209 47.989 26.783 55.81
0.50 30 31.75 1100 400 1100 750 56.69 0.221 46.346 25.426 54.86
0.50 30 31.66 955 450 1200 800 56.85 0.235 46.478 23.546 50.66
0.50 30 31.55 776 500 1300 850 57.05 0.250 46.640 20.328 43.59
0.50 30 31.23 744 550 1380 880 57.64 0.259 47.118 20.178 42.82
2 1.00 30 34.65 3391 0 0 0 51.95 0 84.935 0.000 0.00
0.98 30 31.63 2706 100 300 200 56.91 0.059 91.184 16.679 18.29
0.85 30 32.30 2153 150 500 350 55.73 0.103 77.447 23.224 29.99
0.78 30 30.81 1732 200 700 500 58.42 0.147 74.506 26.689 35.82
0.75 30 30.78 1595 250 800 550 58.48 0.162 71.711 27.036 37.70
0.65 30 29.63 1440 300 920 620 60.75 0.182 64.561 27.515 42.62
0.60 30 28.12 1320 350 1000 650 64.01 0.191 62.795 26.443 42.11
0.60 30 28.56 1175 400 1100 700 63.03 0.206 61.828 25.349 41.00
0.60 30 28.12 1000 450 1200 750 64.01 0.221 62.795 23.114 36.81
0.60 30 28.38 858 500 1300 800 63.42 0.235 62.220 21.154 34.00
0.60 30 28.25 806 550 1390 840 63.72 0.247 62.506 20.866 33.38
3 1.20 30 36.81 3499 0 0 0 48.90 0 95.941 0.000 0.00
1.00 30 33.62 2804 100 300 200 53.54 0.059 87.537 17.283 19.74
0.97 30 32.90 2336 150 500 350 54.71 0.103 86.769 25.198 29.04
0.90 30 30.94 1859 200 720 520 58.18 0.153 85.608 29.792 34.80
0.88 30 31.81 1651 250 860 610 56.59 0.180 81.416 31.038 38.12
0.88 30 31.12 1489 300 1000 700 57.84 0.206 83.221 32.123 38.60
0.88 30 31.25 1370 350 1090 740 57.60 0.218 82.875 31.244 37.70
0.88 30 31.78 1214 400 1190 790 56.64 0.232 81.493 29.557 36.27
0.88 30 31.12 1153 450 1250 800 57.84 0.235 83.221 28.427 34.16
0.88 30 31.28 1020 500 1350 850 57.54 0.250 82.795 26.720 32.27
0.88 30 31.02 879 550 1450 900 58.03 0.265 83.489 24.381 29.20
4 1.40 30 41.62 3543 0 0 0 43.25 0 98.996 0.000 0.00
1.30 30 36.90 2600 100 350 250 48.78 0.074 103.683 20.032 19.32
1.10 30 36.76 1987 150 600 450 48.97 0.132 88.066 27.557 31.29
1.09 30 36.43 1755 200 750 550 49.41 0.162 88.056 29.748 33.78
1.05 30 36.06 1494 250 920 670 49.92 0.197 85.695 30.849 36.00
1.05 30 36.16 1360 300 1020 720 49.78 0.212 85.458 30.178 35.31
1.05 30 36.72 1187 350 1100 750 49.02 0.221 84.154 27.437 32.60
1.05 30 36.09 965 400 1200 800 49.88 0.235 85.623 23.797 27.79
1.05 30 35.78 805 450 1280 830 50.31 0.244 86.365 20.599 23.85
1.05 30 34.44 756 500 1350 850 52.26 0.250 89.726 19.804 22.07
1.05 30 34.56 632 550 1420 870 52.08 0.256 89.414 16.946 18.95
Note: Pump Pedrollo Model CPM 130 Size 0.5 hp
031013 7-1
7. ตวอยางการค านวณ 7.1 ตวอยางผลการทดลอง จากการทดลอง Guide vane ทต าแหนง 4
7.1.1 ปรมาตรน า, V = 30 liters. 7.1.2 เวลา, t = 36.16 seconds.
min
l78.94
min l
s 60
s16.63
l03
time
Vol.Q
7.1.3 ก าลงดนทางเขาเครองกงหนน า, p = 1.05 kg/cm2 7.1.4 แรงลพธทกระท าบนไดนาโมมเตอร, F = 0.72 kg. 7.1.5 ความเรวรอบเครองกงหนน า, n = 1,360 rpm. 7.1.6 ขนาดเสนผานศนยกลางไดนาโมมเตอร = 6 cm.
7.2 ก าลงงานทจายใหกบเครองกงหนน า (Turbine power input, Wi)
จากสมการ (4.1) Wi = 1.635pQ = 1.635 1.05 49.78 = 85.458 W
7.3 ก าลงงานทไดเครองกงหนน า (Turbine power output, Wo)
จากสมการ (4.2) Wo = 1.0273 Frn
= 3601100 2
672.01.0273
= 30.178 W 7.4 ประสทธภาพเครองกงหนน า (Turbine Efficiency, )
จากสมการ (4.5) = 100%W
W
i
o
= 10085.458
30.178
= 35.31 %
031013 8-1
8. กราฟแสดงสมรรถนะของกงหน (Turbine Performance Curves) ผลการทดลองนนมกจะแสดงอยในรปของเสนกราฟ เราเรยกเสนกราฟเหลานนวา กราฟแสดงสมรรถนะของ
กงหน หรอ กราฟแสดงคณสมบตเฉพาะของกงหน เสนกราฟแสดงสมรรถนะของกงหนแบบเพลตนทเปนคณสมบตเฉพาะของกงหนนนจะเขยนจากขอมลท
ไดจากการทดลองโดยตรงและขอมลทไดจากการค านวณ ผลการค านวณเชน ก าลงทกงหนให (ก าลงทไดจากกงหน หรอ output power ของกงหน) ก าลงทใหแกกงหน (ก าลงทกงหนตองการ หรอ input power ของกงหน) และประสทธภาพของกงหน นนสามารถหาไดจากสมการและทฤษฎของกงหนในหวขอ 4 (ดตวอยางการค านวณไดในหวขอท 7)
กราฟแสดงสมรรถนะของกงหนควรประกอบไปดวยกราฟดงตอไปน 8.1 กราฟของ แรงบดกบความเรวรอบ ทอตราการไหลตาง ๆ หรอทความดนหวฉดตาง ๆ
โดยใหแรงบดอยในแกนตง สวนความเรวรอบ rpm อยในแกนนอน 8.2 กราฟของอตราการไหลกบความดนของหวฉด
โดยใหความดน p อยในแกนตง สวนอตราการไหล Q อยในแกนนอน 8.3 กราฟก าลงทกงหนใหกบความเรวรอบ ทอตราการไหลตางๆ หรอความดนหวฉดตาง ๆ
โดยใหก าลงทกงหนให Wo อยในแกนตง สวนความเรว rpm อยในแกนนอน 8.4 กราฟประสทธภาพของกงหนกบความเรวรอบ ทอตราการไหลตางๆหรอความดนหวฉดตางๆ
โดยใหประสทธภาพ ของกงหนอยในแกนตงสวนความเรวรอบ rpm อยในแกนนอน. 8.5 กราฟคณสมบตส าหรบการใชงานของกงหนในสภาวะทไมมภาระงาน
โดยใหความเรวรอบ rpm อยในแกนตงสวนความดน p ของหวฉดอยในแกนนอน เมอกงหนท างานโดยทไมมแรงใดๆ กระท าบนโพรนเบรคเลย (แขนวดแรงของโพรนเบรคจะตองอสระโดยสนเชง)
171214 9-1
9. ตวอยางกราฟ Performance Curve ตวอยางกราฟทไดจากการทดลองสามารถแสดงไดดงตอไปน
รปท 9-1 Torque (Nm) vs. Speed (rpm)
รปท 9-2 Flow rate (lpm) vs. Inlet pressure (kg/cm2)
171214 9-2
รปท 9-3 Efficiency (%) vs. Speed (rpm)
รปท 9-4 Power output (Watt) vs. Speed (rpm)
เอกสารแนบ 1 MECHANICAL BRAKE DYNAMOMETER
MECHANICAL BRAKE DYNAMOMETER
A dynamometer is an equipment for measurement of output power of a prime mover such as water, steam, hot gas or
wind turbine or other engine.
The torque measuring unit may be electric, water or mechanical brake .The mechanical brake is the most simple and
less expensive and is widely used for measurement of torque for small prime mover .The device uses friction of a belt
or a rope to generate torque. Various types of mechanical brake used for small equipment are as per below :
1 Two Coil Springs
Torque = (F1-F2) r
Figure 1A Two coil spring Brake Figure 1B Diagram
2 A Coil Springs and Calibrated Weights
Torque = (F-W) r
Figure 2A Coil Spring and Calibrated Weights Figure 2B Diagram
Load adjustment knob
Friction belt
Spring balances
Prime mover
(e.g.turbine)
Pulley
r
F1 F2
Load adjustment
Brake drumBelt
Spring balance
r
F
W
Calibrated weight
for load adjustment
Brake drum
Belt or rope
Spring balance
Brake drum
Spring balance
Load adjustment
(Calibrated weights)
Rope
3 Differential Pulley Friction
Torque = Fxr
Figure 3A Differential Pulleys Figure 3B Diagram
4 Brake Drum
Torque = Fxr
Figure 4A Brake Drum Figure 4B Diagram
r
F
Spring balance or load cell
Brake drum
Belt tension pulley
Load adjustment
Brake drum
Load cell
Idler Load adjustment knob
Belt
Load cell
Speed sensor
Load adjustment knobBrake drum
Brake lining
Brake shoe
r
FSpring balance
or load cell Brake drum
Load adjustment
Brake shoe
Brake lining
เอกสารแนบ 2 การบ ารงรกษาปมน า
การบ ารงรกษาปมน า เมอใชปม สงตาง ๆ ดงตอไปนควรจะถกสงเกตและแกไข
1) แหลงจายน า น าทใชควรจะใสสะอาด น ายาปองกนสนม เชน ทใชกบรถยนต อาจจะถกใชเพอลดการเกดสนม
2) น าปนเปอนสนม 2.1 ถาปมท าจากเหลกหลอ เสอปมจะเกดสนมเมอเรมใชปมน านเปนเรองปกต 2.2 หลงจาก 2-3 สปดาหของการใชงาน สนมจะมเตมทและจะปองกนเสอปมไมใหเกดสนมมากขน 2.3 น าไหลเวยน ควรจะถกทงออกและเอาน าสะอาดแทนท
3) การใชปม 3.1 อยาเดนปมเมอไมมน า เพราะมนจะท าลายซลปม 3.2 ถาปมไมถกใชเปนเวลานาน ใหปลอยน าในปมทงหมดทงโดยเปดปลกอดใตเสอปม
รปท 1 ปลกอดทปม 3.3 กอนเดนปม เชคดวาเชควาลวตดอะไรไหม และเตมน าใหเตมปม 3.4 มอเตอรและปมถกตงอไลนเมนทโรงงาน ถามนถกแยกจะตองระมดระวงเมอมนถกตดตงเขากนใหม หรอ
ไมเชนนนแรงสนจากเพลาจะท าใหเกดความเสยหายกบลกปนและซล 4) ปมตด
การปลอยน าทงใวในปมโดยไมไดใชเปนเวลานานอาจจะท าใหปมตด (เพลาไมหมน) เปดแหลงจายไฟหลกและเปดสวทชเดนปม (ถาไมมการไหลใหลองเชควาลวควบคมการไหลทโรตามเตอรวาเปดอย) 4.1 ปมแบบปรบความเรวรอบได
ถาปมไมหมนแสดงวาเพลาอาจจะตด ใหปดสวทชหยดปมและเปดปลกอดทดานบนของปมและหมนเพลาดวยไขควง เมอเพลาหมนได ปดปลกอดกลบท (ดรปหนาถดไป)
Drain plug
Top plug
Drain valve
รปท 2 เปดปลกอดดวยไขควง รปท 3 หมนเพลาปมดวยไขควง
ถาปมหมนแตไมมน าไหล (เชคใหแนใจวาวาลวควบคมการไหลทหนามาตรวดน าเปดแลว) อาจจะเปนจากฟองอากาศตดอยในปม ในกรณของตวแลกเปลยนความรอนใหตอวาลวปลอยน าทงทอยถดจากดานไหลออกของปมกบแหลงน าและเปดวาลวปลอยน าทง และปดวาลวควบคมการไหลทอยหนาโรตามเตอร แหลงน าจะไลฟองอากาศออก ปดวาลว ปลอยน าทงและเอาสายตอออก เดนปมอกครงเพอใหแนใจวาน าก าลงหมนเวยน ในกรณของ HB 030M “ชดทดสอบปมน าแบบขนานและอนกรมแบบปรบความเรวรอบได”
- ตอสายดานทอจายของปมไปยงทอจายน าของ Hydraulics Bench - ถอดเชควาลวทอยดานดดของปมออก - เปดวาลวทกตวและเดนปมท Hydraulics Bench เพอไลฟองอากาศจากปมของ HB 030M - หลงจาก 1-2 นาท หยดปมท Hydraulics Bench และใสเชควาลวกลบเขาททนท - ถอดสายดานสงของ Hydraulics Bench และเดนปมของ HB 030M เพอใหแนใจวาน าไหลไดปกต
รปท 4 แสดงวาลวปลอยน าทง
Pump coupling
cover
Pump shaft
4.2 ปมขนาดเลก ถาปมไมหมน เมอเปดสวตช เพลาอาจจะตด ปดสวตชเพอหยดปมและใชประแจหมนสลกเกลยวหว 6 เหลยมทดานหลงของมอเตอร เพอใหเพลาหลวมตามรปขางลาง
รปท 5 แสดงสลกเกลยวหวเหลยม (Hex head bolt) ในกรณทสลกเกลยวหวหกเหลยมตามรปท 6 ไมม เพลาของปมอาจถกหมนโดยการถอดปลกอดดานใต (Drain plug) หรอปลกอดดานบน (Top plug) และใชไขควงหมนใบพด (ซงเพลากจะหมนตาม)
4.3 ปมขนาดใหญ
ถาปมขนาดใหญไมหมน เพลาอาจจะตด ใหหยดปมและเอาฝาครอบ Coupling ออกจะเหนเพลา ใหใชประแจทอหมนเพลาปมใหหลวม
Figure 6 Pump coupling cover and pump shaft
5) มอเตอรปมน า 5.1 กรณทมอเตอรมาพรอมกบหองเกยรทด ใหเชคระดบน ามนเปนประจ า และเตมน ามนหลอลนตามมาตรฐาน
ทก าหนด เมอถงระดบ 5.2 กรณมอเตอร AC การปรบความเรวตองเปนไปตามคมอของ Inverter ในเอกสารแนบ
Hex head bolt
Water pump