Ανάλυση υδροστροβίλου Francis : συνεισφορά στην παραγωγή ενέργειας από υδροηλεκτρικό έργο
Loading...
Date
2026-07-03
Authors
Καραφυλάκης, Μιχαήλ
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την πειραματική ανάλυση υδροστροβίλου τύπου Francis εργαστηριακής κλίμακας, με σκοπό τη μελέτη της επίδρασης της γωνίας των οδηγών πτερυγίων του στάτη και της παροχής νερού στις βασικές ενεργειακές και λειτουργικές παραμέτρους του μηχανήματος. Επιδιώκεται η πειραματική επαλήθευση θεμελιωδών αρχών της θεωρίας των υδροστροβίλων, συμπεριλαμβανομένης της εξίσωσης Euler για στροβιλομηχανές και της ανάλυσης τριγώνων ταχυτήτων.
Η πειραματική διάταξη αποτελείται από έναν υδροστρόβιλο Francis με ρυθμιζόμενα οδηγά πτερύγια στάτη, φυγοκεντρική αντλία κίνησης με ηλεκτρικό κινητήρα, παροχόμετρο περιστρεφόμενου πλωτήρα, μανόμετρα Bourdon, φωτοηλεκτρικό στροφόμετρο και πέδη τύπου Prony. Οι άμεσες μετρήσεις περιλάμβαναν τις στροφές του άξονα (n_rpm), την παροχή νερού (Q) και την αντίσταση της πέδης Prony, ενώ οι έμμεσες ποσότητες που υπολογίστηκαν μέσω αντίστοιχων σχέσεων ήταν η μηχανική ισχύς (P_m), ισχύς ρευστού (P_flow) και βαθμός απόδοσης (n). Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε πέντε θέσεις πτερυγίων (fully open, 2/3 open, 1/2 open, 1/3 open, fully closed) και σε εννέα τιμές παροχής (Q = 2.5 έως 4.5 m³/h με βήμα 0.25 m³/h), με μεταβολή της αντίστασης Prony (από 0 έως 200 g με βήμα 20 g).
Τα πειραματικά αποτελέσματα κατέδειξαν ότι η γωνία των πτερυγίων αποτελεί καθοριστική παράμετρο λειτουργίας του υδροστροβίλου. Η μετάβαση από την πλήρως ανοιχτή στην πλήρως κλειστή θέση οδηγεί σε αύξηση των αναπτυσσόμενων στροφών, της μέγιστης μηχανικής ισχύος και της δυνατότητας παραλαβής υψηλότερων φορτίων Prony. Το εύρημα αυτό ερμηνεύεται θεωρητικά μέσω της αύξησης της περιφερειακής συνιστώσας απόλυτης ταχύτητας εισόδου (c_u1) κατά Euler, λόγω της εντονότερης εκτροπής της ροής στην κλειστή θέση. Αντίστοιχα, η αύξηση της παροχής, υπό σταθερή γωνία πτερυγίων, οδηγεί σε μονότονη αύξηση των στροφών, σε πλήρη συμφωνία με τη θεωρητική προβλεψιμότητα μέσω της μεσημβρινής ταχύτητας ροής.
Καταλήγουμε στις τιμές του βαθμού απόδοσης για τις διάφορες περιπτώσεις και συγκεκριμένα διαπιστώνουμε από την οπτικοποίηση των αποτελεσμάτων πως αν και η θέση fully closed εμφανίζει πιο σταθερές τιμές n κατά τις αλλαγές παροχής και Prony, στη θέση fully open προκύπτει ο μεγαλύτερος βαθμός απόδοσης (~0.60) για Q = 3.25 m³/h και αντίσταση Prony = 20 g. Οι απόλυτες τιμές βαθμού απόδοσης παραμένουν χαμηλότερες σε σχέση με βιομηχανικές εγκαταστάσεις, ως αναμενόμενη συνέπεια των απωλειών κλίμακας της εργαστηριακής διάταξης όμως προκύπτει το συμπέρασμα πως ανάλογα το ζητούμενο αποτέλεσμα (π.χ. υψηλή P_m ή n) είναι σημαντική η σωστή επιλογή γωνίας πτερυγίων και παροχής.
Description
Keywords
Υδροστρόβιλος Francis, Οδηγά πτερύγια στάτη, Βαθμός απόδοσης, Εξίσωση Euler, Βέλτιστο σημείο λειτουργίας