Schimbul de energie mecanica prin intermediul arborelui. Principiul de functionare a turbinei

Schimbul de energie mecanica prin intermediul arborelui. Principiul de functionare a turbinei

Procedeul prin care se obtine lucrul mecanic la arbore (cuplu motor) difera de modul de obtinere a lucrului mecanic prin mecanismul piston-biela-manivela. Se considera o paleta (sau suprafata deflectoare) de-a lungul careia curge un fluid (Fig. 4.2).

Se noteaza :

w₁ - viteza la intrare in paleta ;

w₂ - viteza la iesire din paleta ;

F - forta cu care fluidul apasa asupra paletei.

Dupa ecuatia lui Euler:

F_u = (w₁-w₂)_u= (w_1u- w_2u) = (w₁ cos b₁+ w₂ cos b₂);

F_a = (w₁-w₂)_a = (w_1a- w_2a) =

(w₁ sin b₁- w₂ sin b₂).

Devierea curentului este provocata de suprafata deflectoare. Forta rezultanta F actioneaza intr-un punct al suprafetei defleactoare numit "centru de presiune" sau de impingere. Viteza de iesire poate fi egala sau mai mare decat viteza de intrare. Se poate calcula unghiul j 

Se considera mai multe palete deflectoare care se pot deplasa numai pe directia u. Forta F_a se compenseaza din exterior prin legatura mecanica (Fig. 4.3). Se noteaza :

- viteza de deplasare a paletelor ;

- viteza relativa a fluidului fata de suprafata ;

- viteza absoluta a fluidului fata de mediul inconjurator considerat stationar.

Forta F_u va produce o putere mecanica, prin deplasarea punctului de aplicatie cu viteza

P = F_u u = u (w₁ cos b₁+ w₂ cos b₂) = u (c₁ cos a₁ - c₂ cos a₂)

De obicei, debitul de fluid este deviat de mai multe palete deflectoare, care alcatuiesc o retea sau gratar de palete si care formeaza intre ele canale de curgere a fluidului de debit .

Acest gratar de palete, infasurat pe un disc cu latimea gratarului, formeaza un rotor de turbina (Fig 4.4). Se noteaza:

r₂ - raza exterioara a rotorului ;

r₁ - raza bazei retelei de palete ;

h - inaltimea paletei ;

r - raza medie a infasurarii de palete ;

d - diametrul mediu al rotorului(d = 2r);

w - viteza unghiulara a rotorului (rad/s);

n - turatia rotorului (rot/min).

Cuplul motor C, dat de forta F_u, este:

Viteza periferica este:

Puterea la axa rotorului este: 

Daca cuplul rezistent C_r aplicat arborelui rotorului este egal cu cuplul motor C, atunci rotorul isi mentine constanta viteza de rotatie (n = ct.).

Daca C_r < C, turatia n creste si se micsoreaza daca C_r>C. La turbinele cu turatie constanta, mentinerea egalitatii C = C_r se face prin dispozitive de automatizare.