Вытяжная труба

Вытяжная труба установлена ​​над хвостовой обоймой

Вытяжная труба представляет собой расширяющуюся трубу, установленную на выходе рабочего колеса турбины и используемую для использования кинетической энергии, имеющейся в воде на выходе рабочего колеса.

Эта вытяжная труба на конце турбины увеличивает давление выходящей жидкости за счет ее скорости. Это означает, что турбина может снижать давление в большей степени, не опасаясь обратного потока из хвостовой части.

В импульсной турбине располагаемый напор высокий, и существенного влияния на КПД не оказывает, если турбину разместить на пару метров выше хвостовой части . Но в случае с реактивными турбинами, если полезный напор низкий и если турбина установлена ​​над хвостовым кольцом, может возникнуть значительная потеря доступного напора для питания турбины. Также, если давление жидкости в хвостовой части турбины выше, чем на выходе из турбины, обратный ток жидкости в турбину может привести к значительным повреждениям.

Размещая вытяжную трубу (также называемую диффузорной трубкой или трубой) на выходе из турбины, напор турбины увеличивается за счет уменьшения скорости на выходе, и можно улучшить как общий КПД, так и производительность турбины. Вытяжная труба работает путем преобразования части кинетической энергии на выходе рабочего колеса турбины в полезную энергию давления.

Использование вытяжной трубы также имеет то преимущество, что конструкция турбины размещается над хвостовой обоймой, что упрощает проведение любых необходимых проверок и сокращает объем земляных работ, необходимых для строительства.

Эффективность

Коническая вытяжная труба

КПД вытяжной трубы определяется как отношение фактического преобразования кинетической энергии в энергию давления в вытяжной трубе к кинетической энергии, доступной на входе в вытяжную трубу.

ɳ = Разница кинетической энергии между потерями на впуске и выпускной трубке/кинетическая энергия на впуске.

ɳ _дт = : ${\frac {(V_{2}^{2}-V_{3}^{2})-2gh_{d}}{V_{2}^{2}}}$

V ₂ = Скорость жидкости на входе в вытяжную трубу или на выходе из турбины.

V ₃ = Скорость жидкости на выходе из отсасывающей трубы

g= гравитационное ускорение

h _d = потери напора в отсасывающей трубе

Вытяжная труба позволяет разместить турбину над хвостовым каналом и одновременно позволяет ей работать с той же эффективностью, как если бы она была размещена в хвостовом канале.

Вытяжная труба и кавитация

простая коленчатая вытяжная трубка

Колено прямоугольного сечения.

Кавитация возникает, когда местное абсолютное давление падает ниже давления насыщенных паров воды при температуре воды. Высота вытяжной трубы является важным параметром во избежание кавитации.Применяя уравнение Бернулли между выходным отверстием желоба и точкой выпуска вытяжной трубы (пренебрегая потерями напора в вытяжной трубе):

$z_{2}\,+\,{\frac {p_{2}}{\rho g}}\,+\,{\frac {V_{2}^{2}}{2\,g}}\,=\,z_{3}\,+\,{\frac {p_{3}}{\rho g}}\,+\,{\frac {V_{3}^{2}}{2\,g}},$

z ₂ = z (высота вытяжной трубы)

z ₃ = высота хвостового кольца, которая считается базовой линией (=0)

p ₂ = давление на выходе из бегунка

p ₃ = манометрическое давление

${\frac {p_{2}}{\rho g}}\,=\,-\,\left[z\,+\,{\frac {V_{2}^{2}-V_{3}^{2}}{2\,g}}\right]\,$

Поскольку вытяжная труба является диффузором, V ₃ всегда меньше V ₂ , а это означает, что p ₂ всегда отрицательно,таким образом, высота вытяжной трубы является важным параметром, позволяющим избежать кавитации.

Типы вытяжной трубы

1. Конический диффузор или прямая расширяющаяся труба. Этот тип вытяжной трубы состоит из конического диффузора с полууглом, обычно меньшим 10 °, чтобы предотвратить разделение потока. Обычно он используется для турбин Фрэнсиса с низкой удельной скоростью и вертикальным валом. КПД данного типа тяговой трубы составляет 90%.
2. Простая отводная трубка коленчатого типа. Состоит из удлиненной трубы коленчатого типа. Обычно используется, когда турбину необходимо разместить близко к хвостовому каналу. Это помогает сократить затраты на земляные работы, а диаметр выхода должен быть как можно большим, чтобы обеспечить рекуперацию кинетической энергии на выходе из желоба. КПД такого типа тяговой трубы меньше почти на 60%.
3. Колено с переменным поперечным сечением. Оно похоже на изогнутую вытяжную трубу, за исключением того, что изогнутая часть имеет переменное поперечное сечение с прямоугольным выпускным отверстием. Горизонтальная часть вытяжной трубы обычно наклонена вверх, чтобы предотвратить попадание воздуха с выходного конца.