171214

คมอการใชและการทดลอง ชดทดสอบกงหนน าแบบฟรานซสขนาดเลก

HB023F MINI FRANCIS TURBINE

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

HB023F ชดทดสอบกงหนน าแบบฟรานซสขนาดเลก

HB 023P MINI PELTON TURBINE

Pressure gauge

Inlet pipe

Spring balances

Outlet pipe

รปท 1-1 HB023F ชดทดสอบกงหนน าแบบฟรานซสขนาดเลก

1. รายละเอยดทวไป

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

ตวหวฉดชนดปรบแตงไดจะท าหนาทในการฉดน าเขาสใบกงหน (Runner) ก าลงดนของน าสามารถตรวจวดไดจากเกจวดก าลงดนทตดตงอยทางดานทางเขาของชดทดลอง แรงบดทเกดจากการหมนของใบกงหน สามารถวดไดจาก Prony brake ทตออยกบ spring balances ความเรวรอบของกงหนสามารถตรวจวดไดโดยการชเครองวดความเรวรอบชนดเคลอนท (portable tachometer, เปนอปกรณเสรมของชดทดลอง) อตราการไหลของน า ใชการวดจากอตราการไหลของน าออกจากถงวดทอยในชดทดลอง HB 100 Hydraulics Bench ชดทดลองมาตรฐานจะมหวตอชนดหวตอเรว (quick coupling) เพอใชตอกบชดทดลอง HB อปกรณทดสอบนตงอยบนขาตงทสามารถปรบระดบได

HB100 Hydraulics Bench

1-2 180814

1.1 ขอมลทางเทคนค 1.1.1 โครงสราง : ใบกงหนท าจากบรอนซมขนาดเสนผานศนยกลาง 65 มม.

: ปกน าชนดปรบทศทางได (Adjustable guide vanes) จ านวน 7 ใบ : เพลาท าจากเหลกสเตนเลส : โครงของตวกงหนท าจากเหลกไรสนม ฝาดานหนาท าจากพลาสตกใส สามารถมองเหนการท างานของกงหนไดชดเจน

1.1.2 อตราการใชงาน : ความเรวรอบสงสด (ประมาณ) 3400 รอบตอนาท : สามารถใหก าลงงานไดไมนอยกวา 25 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) กบความเรวทเฮดและอตราการไหล

ตางๆ

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 าทไหลผานตวใบจกร

บางสวนจะไหลในแนวรศม 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 023F ชดทดสอบกงหนน าแบบฟรานซสขนาดเลก ในการหาคาอตราการไหลของน าเขาสเครอง

กงหนน านนจะใชโตทดลองชลศาสตร (อปกรณเผอเลอก) คาความดนสามารถอานไดจากเกจวดก าลงดน ความเรวของเครองกงหนน าวดไดจากเครองวดความเรวรอบแบบเคลอนท สวนแรงทกระท าบนไดนาโมมเตอรนนสามารถอานไดโดยตรงจากไดนามเตอร (Spring balance) รปท 5-1 แผนภมแสดงการตดตงชดทดสอบกงหนน าแบบเพลตนขนาดเลก HB023F 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 (ดรป 5-2)

Flow Control Valve

Francis Turbine

Pressure Gauge Spring Balance

Speed Sensor (Portable Tachometer)

Channel

GV

Water Storage Tank

Measuring

Tank

Drain Valve Hydraulics Bench

5-2 171214

รปท 5-2 การตอทอทางออกของทอน าจากโตะทดลองชลศาสตรเขากบชดทดลองกงหนน า HB023F 5.1.6. ปดลนควบคมการไหลของน าเขาเครองกงหนน า (Nozzle Valve, GV) ใหสนท 5.1.7. คลายเบรคของไดนาโมมเตอรโดยการคลายสกรปรบแตงจนไมมแรงกระท ากบไดนาโมมเตอร 5.1.8. เปดสวทชปมน าของโตะทดลองชลศาสตรและเปดลนน าจนสด ซงจะท าใหอตราไหลของน าเขาส

เครองกงหนน ามคาสงสดและสรางก าลงดนขนทลนควบคมการไหลของน าเขาเครองกงหนน า (Nozzle Valve, GV)

5.1.9. คาก าลงดนททางเขาและความเรวของเครองกงหนน ารวมทงคาแรงบดหรอแรงทกระท าบนไดนาโมมเตอรจะตองมคาเปนศนย

5.2. เรมการทดลอง

5.2.1. เปดลนควบคมการไหลของน าเขาเครองกงหนน า (GV) ทละนอยจนก าลงดนทางเขาเครองกงหนน 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 0.1 kg บนทกผลการทดลองตามขอ 5.2.2

Turbine inlet pipe

Hydraulics Bench Outlet hose

5-3 171214

5.2.4. ท าการทดลองซ าในขอ 5.2.3 โดยการเพมคาแรงบดทกระท าบนไดนาโมมเตอรใหผลตางของตาชงสปรงเพมขนคราวประมาณ 0.1 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 (GV) 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 (GV) ครงละรอบ บนทกผลการทดลองตามขอ 5.3.3

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 HB023F ชดทดสอบกงหนน าแบบฟรานซสขนาดเลก

Tested by…..…………..…………...Date…….…………..

Diameter of Prony Brake = ………...cm

Guide

vane

position

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 023F ชดทดสอบกงหนน าแบบฟรานซสขนาดเลก

Tested by……H Prairin……………….Date…25/03/10………

Diameter of Prony Brake = ……6…...cm

Guide

vane

position

Turbine

inlet

pressure

p

(kg/cm2)

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 0.90 30 30.97 3205 0 0 0 58.12 0 85.525 0 0

Full 0.90 30 33.25 2600 100 320 220 54.14 0.065 79.660 17.628 22.13

Open 0.70 30 31.66 2180 150 450 350 56.85 0.103 65.069 23.515 36.14

0.65 30 32.19 1817 200 630 480 55.92 0.141 59.427 26.879 45.23

0.60 30 31.50 1635 250 750 550 57.14 0.162 56.057 27.714 49.44

0.57 30 32.94 1421 300 900 650 54.64 0.191 50.926 28.466 55.90

0.52 30 31.89 1224 350 1010 710 56.44 0.209 47.989 26.783 55.81

0.50 30 31.75 1100 400 1100 750 56.69 0.221 46.346 25.426 54.86

0.50 30 31.66 955 450 1200 800 56.85 0.235 46.478 23.546 50.66

0.50 30 31.55 776 500 1300 850 57.05 0.250 46.640 20.328 43.59

0.50 30 31.23 744 550 1380 880 57.64 0.259 47.118 20.178 42.82

2 1.00 30 34.65 3391 0 0 0 51.95 0 84.935 0.000 0.00

0.98 30 31.63 2706 100 300 200 56.91 0.059 91.184 16.679 18.29

0.85 30 32.30 2153 150 500 350 55.73 0.103 77.447 23.224 29.99

0.78 30 30.81 1732 200 700 500 58.42 0.147 74.506 26.689 35.82

0.75 30 30.78 1595 250 800 550 58.48 0.162 71.711 27.036 37.70

0.65 30 29.63 1440 300 920 620 60.75 0.182 64.561 27.515 42.62

0.60 30 28.12 1320 350 1000 650 64.01 0.191 62.795 26.443 42.11

0.60 30 28.56 1175 400 1100 700 63.03 0.206 61.828 25.349 41.00

0.60 30 28.12 1000 450 1200 750 64.01 0.221 62.795 23.114 36.81

0.60 30 28.38 858 500 1300 800 63.42 0.235 62.220 21.154 34.00

0.60 30 28.25 806 550 1390 840 63.72 0.247 62.506 20.866 33.38

3 1.20 30 36.81 3499 0 0 0 48.90 0 95.941 0.000 0.00

1.00 30 33.62 2804 100 300 200 53.54 0.059 87.537 17.283 19.74

0.97 30 32.90 2336 150 500 350 54.71 0.103 86.769 25.198 29.04

0.90 30 30.94 1859 200 720 520 58.18 0.153 85.608 29.792 34.80

0.88 30 31.81 1651 250 860 610 56.59 0.180 81.416 31.038 38.12

0.88 30 31.12 1489 300 1000 700 57.84 0.206 83.221 32.123 38.60

0.88 30 31.25 1370 350 1090 740 57.60 0.218 82.875 31.244 37.70

0.88 30 31.78 1214 400 1190 790 56.64 0.232 81.493 29.557 36.27

0.88 30 31.12 1153 450 1250 800 57.84 0.235 83.221 28.427 34.16

0.88 30 31.28 1020 500 1350 850 57.54 0.250 82.795 26.720 32.27

0.88 30 31.02 879 550 1450 900 58.03 0.265 83.489 24.381 29.20

4 1.40 30 41.62 3543 0 0 0 43.25 0 98.996 0.000 0.00

1.30 30 36.90 2600 100 350 250 48.78 0.074 103.683 20.032 19.32

1.10 30 36.76 1987 150 600 450 48.97 0.132 88.066 27.557 31.29

1.09 30 36.43 1755 200 750 550 49.41 0.162 88.056 29.748 33.78

1.05 30 36.06 1494 250 920 670 49.92 0.197 85.695 30.849 36.00

1.05 30 36.16 1360 300 1020 720 49.78 0.212 85.458 30.178 35.31

1.05 30 36.72 1187 350 1100 750 49.02 0.221 84.154 27.437 32.60

1.05 30 36.09 965 400 1200 800 49.88 0.235 85.623 23.797 27.79

1.05 30 35.78 805 450 1280 830 50.31 0.244 86.365 20.599 23.85

1.05 30 34.44 756 500 1350 850 52.26 0.250 89.726 19.804 22.07

1.05 30 34.56 632 550 1420 870 52.08 0.256 89.414 16.946 18.95

Note: Pump Pedrollo Model CPM 130 Size 0.5 hp

031013 7-1

7. ตวอยางการค านวณ 7.1 ตวอยางผลการทดลอง จากการทดลอง Guide vane ทต าแหนง 4

7.1.1 ปรมาตรน า, V = 30 liters. 7.1.2 เวลา, t = 36.16 seconds.

min

l78.94

min l

s 60

s16.63

l03

time

Vol.Q

7.1.3 ก าลงดนทางเขาเครองกงหนน า, p = 1.05 kg/cm2 7.1.4 แรงลพธทกระท าบนไดนาโมมเตอร, F = 0.72 kg. 7.1.5 ความเรวรอบเครองกงหนน า, n = 1,360 rpm. 7.1.6 ขนาดเสนผานศนยกลางไดนาโมมเตอร = 6 cm.

7.2 ก าลงงานทจายใหกบเครองกงหนน า (Turbine power input, Wi)

จากสมการ (4.1) Wi = 1.635pQ = 1.635 1.05 49.78 = 85.458 W

7.3 ก าลงงานทไดเครองกงหนน า (Turbine power output, Wo)

จากสมการ (4.2) Wo = 1.0273 Frn

= 3601100 2

672.01.0273

= 30.178 W 7.4 ประสทธภาพเครองกงหนน า (Turbine Efficiency, )

จากสมการ (4.5) = 100%W

W

i

o

= 10085.458

30.178

= 35.31 %

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