Velocidad óptima para la rueda de agua

Question

La hidroelectricidad plantas de extraer la energía potencial altamente implementado objeto masivo (agua) a medida que cae hacia abajo. Sin turbina, toda esa energía que se convertiría en la velocidad (energía cinética) en la parte inferior de la cascada, y más en calor. La turbina produce energía reduciendo el agua abajo.

La eficiencia de la turbina, la cantidad de energía que es extraída por la turbina, se puede charactarized por los gases de escape de la velocidad: cuanto más rápido es el flujo de salida, el menos eficiente de la turbina es ya que no todos los de velocidad/energía se extrae. Así, más lenta es la turbina gira, la más alta es la de la eficiencia. La extracción es del 100% cuando la turbina no gira y no la electricidad es producida a todos. Así, debe existir un trade-off entre la eficiencia y la cantidad de la salida, el trade-off determinado por la turbina de velocidad de giro (velocidad de escape). ¿Cómo se decide?

He leído que gran modernas turbinas de agua operar en eficiencia mecánica mayor que 90%. Desde que la pareja de por ciento de las pérdidas son inevitables, sea lo que sea, parece que dicen que los teóricos de la eficiencia es del 100%. Idéntica eficacia es cambiar la fuente de alimentación de convertidores, que son 100% de eficiencia en la teoría. Entiendo que el secreto explotados por las PYMES. Mi pregunta es como similar, el 100% de la extracción de energía, se logra a través de las turbinas, que parecen operar de forma lineal (girando a la misma velocidad) en vez de cambiar el modo de bombeo. ¿Qué es el agua de la liberación de la velocidad al 100% de la extracción de energía se logra?

Esta cuestión es, en realidad, no se limita a las ruedas de agua. Hoy en día las turbinas de viento son cada vez más populares y tengo curiosidad ¿cómo se puede extraer toda la energía de la corriente de viento. Si turbina gira quckly, el aire es realased a alta velocidad, lo que significa que no ralentizar el flujo, lo que significa que no tiene trabajo. Por otro lado, si si se detiene el flujo completamente, la turbina se detiene y no hay poder que se extrae. ¿Cuál es la óptima velocidad de la turbina?

Answer 1

Hay una disposición óptima para extraer más energía de la usfeul de mover fluidos newtonianos.

La mayor eficiencia posible es $\frac{16}{27}$ - esto se conoce como el límite de Betz o coeficiente de Betz, después Albert Betz, que había redescubierta en 1920 después de que Fred Lanchester primero lo calcula en 1915.

El cociente de la velocidad de salida a la velocidad de entrada es 1:3 en el límite de Betz.

Answer 2

Hay un sencillo truco para lograr muy altos (>= 90% )eficiencia: Justo antes de la que fluye (caída) de líquido éxitos de la hélice, hacerla girar el uso de las guías, es decir, darle un poco de velocidad angular del lado de la velocidad lineal en un tubo cerrado. Para beneficio de los fluidos de la energía cinética (en este caso se guarda en tanto que la rotación de la energía cinética y la velocidad lineal de la energía cinética forma) lo que haría es claro: frenar la velocidad de rotación (hasta abajo casi a cero) y dejar sólo muy poco lineal de la velocidad suficiente para escapar del agua de alrededor de la hélice. En esta configuración, donde usted tiene la oportunidad de "primera" convertir el fluido de la energía cinética a la "mayoría" de rotación de la energía cinética (Er = (1/2)ww*I), usted tiene una gran gama de opciones de diseño para ajustar la velocidad angular de las hojas, su tamaño, y la hoja de ángulos. Usted puede sólo la búsqueda para "Turbina Kaplan de diseño" para conocer los detalles técnicos.

Para el caso de viento, no a dar primero una rotación precoz para el flujo de aire. Directamente y de forma lineal golpea a las palas de la hélice sobre el aire abierto. Entonces usted tiene la Betz z límite. Si usted podría tener un tubo cerrado en el que tendría más área de juego como , por ejemplo, la turbina Kaplan caso, se podría lograr una mayor eficiencia de valores.

Nota adicional en las turbinas de agua: En algunas (la mayoría) de los casos, la velocidad angular de la hoja se ajusta para caber en frecuencia del sistema (teniendo en cuenta también el generador del número de polos). No se deje engañar que tener un no-cero w, velocidad angular significa perder un poco de energía de fluido. La energía generada implica también el par de torsión producido por la hoja (como la entrada y rotación del fluido de rotación casi se detiene, ya que las hojas de las cuchillas y la producción de torsión). Es de una forma como esta: Rotar el agua golpea las aspas de la hélice, lo hace girar, y, finalmente, cuando el agua sale de la punta de las cuchillas de su velocidad de rotación (no la hoja!!) se reduce casi a cero. Como las hojas siga girando en una constante distinta de cero la velocidad angular, casi todos de la rotación y un gran porcentaje de la linealidad de la energía cinética del fluido se dejan en el sistema (mediante la generación de par; y la energía producida es, P = Par*AngularSpeedOfBlades).

Answer 3

Esto es en realidad bastante simple. Medir la máxima sin carga velocidad de la Turbina y dividir entre 2. A esta velocidad tiene el más alto poder. Prácticamente el valor óptimo es entre 1.8-2.3, dependiendo del tipo de turbina. Todo esto está claramente explicado en el libro de Carl Pfleiderer, Strömungsmachinen, 1952. Página 248.

El diagramm tiene la rpm en x-Eje y el Mx es el Momento, Px es el Poder, el Vx es el flujo de Masa y nx es la eficiencia. En el texto, es la clara declaración simple; theoretischen wert 2; valor teórico es de 2.

Cabe señalar que este principe funciona con todas las turbinas. Incluso con las turbinas de viento. El Betz-ley no es ser mezclado con este. No tiene absolutamente nada que ver con la Turbina rpm; se puede ralentizar el viento con 1:3 relación con muchas hojas girando lentamente, o con unas hojas de rotación rápida.

Así que si quieres una fácil configuración; deje que la turbina se ejecute sin carga, y la regulan girar con 1/2 de la velocidad, y luego buscar el óptimo de ser la reducción de las rpm siempre que la potencia de salida aumenta. Y se hace.

Answer 4

Turbinas (impulsores) tienen aletas que funcionan más como alas de avión y las velas que los cubos de una vieja rueda de agua. Ellos tienen Cocientes levantan/fricción muy alta que la alta eficiencia. Es pérdida de fricción y calor que matan eficiencia no el trabajo de la turbina (cuánto gira).