171214

คมอการใชและการทดลอง ชดทดสอบกงหนน าแบบเพลตนขนาดเลก

HB 023P MINI PELTON TURBINE TEST SET

บรษท เอสซอม จ ากด 508 ถนนสมเดจพระเจาตากสน ซอย 22/1 บคคโล ธนบร กรงเทพฯ 10600 โทร. +66 (0) 24760034 โทรสาร. +66 (0) 24761500

E-mail: essom@essom.com

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 HB 023P ชดทดสอบกงหนน าแบบเพลตนขนาดเลก

Spring balance

Pressure gauge

Nozzle

Runner

Turbine housing

Adjusting screw

รปท 1-1 HB 023P ชดทดสอบกงหนน าแบบเพลตนขนาดเลก 1. รายละเอยดทวไป

อปกรณสาธตประกอบการทดลองชดนเปนอปกรณทใชในการศกษาถงคณลกษณะและการท างานของกงหนน าแบบเพลตนโดยจะแสดงคณลกษณะตางๆ ของกงหนเชน แรงบด ก าลง ประสทธภาพ ทความเรวตางๆกน ภายใตอตราการไหลและเฮดทแตกตางๆ กน ชดทดลองนสามารถใชงานรวมกบชดทดลอง HB 100 โตะทดลองชลศาสตร (จ าหนายแยกกน)

ตวหวฉดชนดปรบแตงไดจะท าหนาทในการฉดน าเขาสใบกงหน (Runner buckets) ก าลงดนของน าสามารถตรวจวดไดจากเกจวดก าลงดนทตดตงอยทางดานทางเขาของชดทดลอง แรงบดทเกดจากการหมนของใบกงหน สามารถวดไดจาก Prony brake ทตออยกบ spring balances ความเรวรอบของกงหนสามารถตรวจวดไดโดยการชเครองวดความเรวรอบชนดเคลอนท (portable tachometer, เปนอปกรณเสรมของชดทดลอง) อตราการไหลของน า ใชการวดจากอตราการไหลของน าออกจากถงวดทอยทโตะทดลองชลศาสตร ชดทดลองมาตรฐานจะมหวตอชนดหวตอเรว (quick coupling) เพอใชตอกบโตะทดลองชลศาสตร อปกรณทดสอบนตงอยบนขาตงทสามารถปรบระดบได

1-2 180814

1.1. ขอมลทางเทคนค

1.1.1. โครงสราง : ชดกงหนน าแบบ 10 ใบ ท าจาก เหลกไรสนม (Stainless steel) ขนาดเสนผานศนยกลาง 160 มม.

: หวฉด และเพลาท าจากเหลกไรสนม (Stainless steel) : ซลกนรวแบบเมคานกล : โครงของตวกงหนท าจากเหลกสเตนเลส ฝาดานหนาท าจากพลาสตกใส

สามารถมองเหนการท างานของกงหนไดชดเจน 1.1.2. อตรา : ความเรวรอบสงสด (ประมาณ) 2000 รอบตอนาท : สามารถใหก าลงงานไดไมนอยกวา 40 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) กบความเรวทเฮดและอตราการ

ไหลตางๆ

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 าทไหลผานตวใบจกรบางสวนจะไหลในแนวรศม 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 023P ชดทดสอบกงหนน าแบบเพลตนขนาดเลก ในการหาคาอตราการไหลของน าเขาสเครองกงหน

น านนจะใชโตทดลองชลศาสตร (อปกรณเผอเลอก) คาความดนสามารถอานไดจากเกจวดก าลงดน ความเรวของเครองกงหนน าวดไดจากเครองวดความเรวรอบแบบเคลอนท สวนแรงทกระท าบนไดนาโมมเตอรนนสามารถอานไดโดยตรงจากไดนามเตอร (Spring balance) รปท 5-1 แผนภมแสดงการตดตงชดทดสอบกงหนน าแบบเพลตนขนาดเลก HB023P 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 5.1.6. ปดลนควบคมการไหลของน าเขาเครองกงหนน า (Nozzle Valve, NV) ใหสนท 5.1.7. คลายเบรคของไดนาโมมเตอรโดยการคลายสกรปรบแตงจนไมมแรงกระท ากบไดนาโมมเตอร

Flow Control Valve

Peltons Turbine

Pressure Gauge

Speed Sensor (Portable Tachometer)

Channel

Water Storage Tank

Measuring

Tank

Drain Valve Hydraulics Bench

NV

Spring Balance

5-2 171214

5.1.8. เปดสวทชปมน าของโตะทดลองชลศาสตรและเปดลนน าจนสด ซงจะท าใหอตราไหลของน าเขาสเครองกงหนน ามคาสงสดและสรางก าลงดนขนทลนควบคมการไหลของน าเขาเครองกงหนน า (Nozzle Valve, NV)

5.1.9. คาก าลงดนททางเขาและความเรวของเครองกงหนน ารวมทงคาแรงบดหรอแรงทกระท าบนไดนาโมมเตอรจะตองมคาเปนศนย

5.2. เรมการทดลอง 5.2.1. เปดลนควบคมการไหลของน าเขาเครองกงหนน า (NV) ทละนอยจนก าลงดนทางเขาเครองกงหน

น 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 0.2 kg บนทกผลการทดลองตามขอ 5.2.2

5.2.4. ท าการทดลองซ าในขอ 5.2.3 โดยการเพมคาแรงบดทกระท าบนไดนาโมมเตอรใหผลตางของตาชงสปรงเพมขนคราวละประมาณ 0.2 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 (NV) 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 (NV) ครงละรอบ บนทกผลการทดลองตามขอ 5.3.3

5-3 171214

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 HB 023P ชดทดสอบกงหนน าแบบเพลตนขนาดเลก

Tested by…………………….Date…………

Diameter of Prony brake =…………………..cm, Nozzle Diameter = …………………….mm

Test No.

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 023P ชดทดสอบกงหนน าแบบเพลตนขนาดเลก (Two Spring Balance Design)

Tested by…. H. Prairin……Date……14/05/09….

Diameter of Prony brake =………6…..cm, Nozzle Diameter = ………16……….mm

Test No.

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)

1 1.20 36 31.72 1861 0 0 0 68.10 0 133.61 0 0

1.20 36 31.72 1774 250 60 190 68.10 0.056 133.61 10.388 7.77

1.20 36 31.72 1699 500 140 360 68.10 0.106 133.61 18.850 14.11

1.20 36 31.72 1612 750 240 510 68.10 0.150 133.61 25.337 18.96

1.20 36 31.72 1575 1000 340 660 68.10 0.194 133.61 32.036 23.98

1.20 36 31.72 1497 1300 480 820 68.10 0.241 133.61 37.832 28.31

1.20 36 31.72 1395 1750 600 1150 68.10 0.338 133.61 49.441 37.00

1.20 36 31.72 1098 2200 660 1540 68.10 0.453 133.61 52.112 39.00

1.20 36 31.72 820 2300 720 1580 68.10 0.465 133.61 39.929 29.88

1.20 36 31.72 705 2400 780 1620 68.10 0.477 133.61 35.198 26.34

9

2 1.40 36 38.37 1957 0 0 0 56.29 0 128.85 0 0

1.40 36 38.37 1882 200 60 140 56.29 0.041 128.85 8.120 6.30

1.40 36 38.37 1799 500 140 360 56.29 0.106 128.85 19.960 15.49

1.40 36 38.37 1642 1000 240 760 56.29 0.224 128.85 38.460 29.85

1.40 36 38.37 1545 1300 300 1000 56.29 0.294 128.85 47.615 36.95

1.40 36 38.37 1422 1700 360 1340 56.29 0.394 128.85 58.725 45.58

1.40 36 38.37 1156 2500 440 2060 56.29 0.606 128.85 73.391 56.96

1.40 36 38.37 888 3000 500 2500 56.29 0.736 128.85 68.418 53.10

1.40 36 38.37 765 3300 560 2740 56.29 0.806 128.85 64.600 50.14

Note: Pump Pedrollo Model CPM 130 size 0.5 HP

6-2 080609

ตารางบนทกผลการทดลอง HB 023P ชดทดสอบกงหนน าแบบเพลตนขนาดเลก (Two Spring Balance Design)

Tested by…. H. Prairin……Date……14/05/09….

Diameter of Prony brake =………6…..cm, Nozzle Diameter = ………16……….mm

Test No.

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)

3 1.60 36 47.68 2035 0 0 0 45.30 0 118.50 0 0

1.60 36 47.68 1922 300 60 240 45.30 0.071 118.50 14.216 12.00

1.60 36 47.68 1718 750 140 610 45.30 0.180 118.50 32.298 27.25

1.60 36 47.68 1633 1000 200 800 45.30 0.235 118.50 40.262 33.97

1.60 36 47.68 1527 1300 260 1040 45.30 0.306 118.50 48.943 41.30

1.60 36 47.68 1391 1600 320 1280 45.30 0.377 118.50 54.873 46.30

1.60 36 47.68 1249 1900 380 1520 45.30 0.447 118.50 58.509 49.37

1.60 36 47.68 1019 2400 440 1960 45.30 0.577 118.50 61.553 51.94

1.60 36 47.68 846 2700 500 2200 45.30 0.647 118.50 57.360 48.40

1.60 36 47.68 742 2800 560 2240 45.30 0.659 118.50 51.224 43.22

4 1.80 36 70.22 2055 0 0 0 30.76 0 90.53 0 0

1.80 36 70.22 1833 300 60 240 30.76 0.071 90.53 13.558 14.98

1.80 36 70.22 1666 600 120 480 30.76 0.141 90.53 24.645 27.22

1.80 36 70.22 1558 800 180 620 30.76 0.182 90.53 29.770 32.89

1.80 36 70.22 1442 1000 240 760 30.76 0.224 90.53 33.775 37.31

1.80 36 70.22 1334 1200 300 900 30.76 0.265 90.53 37.001 40.87

1.80 36 70.22 1225 1400 360 1040 30.76 0.306 90.53 39.263 43.37

1.80 36 70.22 1104 1600 420 1180 30.76 0.347 90.53 40.149 44.35

1.80 36 70.22 980 1700 480 1220 30.76 0.359 90.53 36.847 40.70

1.80 36 70.22 856 1780 540 1240 30.76 0.365 90.53 32.713 36.14

Note: Pump Pedrollo Model CPM 130 size 0.5 HP

060809

031013 7-1

7. SAMPLE CALCULATIONS 7.1 ตวอยางผลการทดลอง จากการทดลองท 1 ของไดนาโมมเตอรแบบ Two Spring Balance แถวท 8

7.1.1 ปรมาตรน า, V = 36 liters. 7.1.2 เวลา, t = 31.72 seconds.

min

l68.10

min l

s 60

s31.72

l36

time

Vol.Q

7.1.3 ก าลงดนทางเขาเครองกงหนน า, p = 1.2 kg/cm2 7.1.4 แรงลพธทกระท าบนไดนาโมมเตอร, F = 1.54 kg. 7.1.5 ความเรวรอบเครองกงหนน า, n = 1,098 rpm. 7.1.6 ขนาดเสนผานศนยกลางไดนาโมมเตอร = 6 cm.

7.2 ก าลงงานทจายใหกบเครองกงหนน า (Turbine power input, Wi) จากสมการ (4.1) Wi = 1.635pQ

= 1.635 1.2 68.10 = 133.61 W

7.3 ก าลงงานทไดเครองกงหนน า (Turbine power output, Wo)

จากสมการ (4.2) Wo = 1.0273 Frn

= 1098100 2

654.11.0273

= 52.112 W 7.4 ประสทธภาพเครองกงหนน า (Turbine Efficiency, )

จากสมการ (4.5) = 100%W

W

i

o

= 100133.61

52.112

= 39.00 %

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