ارزیابی مبنا-آماری کاربرد روش‌های مستقیم در طراحی توربین‌های فرانسیس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، ایران.

2 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، ایران.

3 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، ایران.

4 مدیریت بهره برداری و تعمیرات، معاونت آبرسانی، سازمان آب و برق خوزستان، اهواز، ایران

چکیده

در این مقاله چهار روش کاربردی جهت طراحی مستقیم توربین فرانسیس مرور شده است. این چهار روش طراحی شامل روش‌های دی‌سیرو، موسونی، لیندستروم و لوگاریسی هستند. قابلیت اطمینان این روش‌ها با بازطراحی توربین فرانسیس سه نیروگاه شهید عباسپور، مسجد سلیمان و مارون مورد ارزیابی قرار گرفته است. ارزیابی صورت گرفته بر مبنای مطالعه آماری نتایج به دست آمده است. جامعه آماری مورد مطالعه شامل 12 پارامتر عملکردی و هندسی توربین فرانسیس بوده است. سه پارامتر عملکردی این جامعه آماری شامل توان خروجی، سرعت دوران و سرعت مخصوص توربین می‌باشند. پارامترهای باقی‌مانده عبارت از پارامترهای هندسی استفاده شده برای طراحی چرخ، حلزونی و لوله مکش هستند. نتایج به دست آمده نشان می‌دهند که روش دی‌سیرو دقتی برابر و یا بزرگتر از سه روش طراحی دیگر در محاسبه 67 % پارامترها دارد. بیشینه خطای محاسباتی روش‌های موسونی، لیندستروم و لوگاریسی بزرگتر از 150 % است. نتیجه برجسته این مطالعه مربوط به ارائه یک الگوریتم ترکیبی جدید جهت طراحی مستقیم توربین فرانسیس می‌باشد. این الگوریتم می­تواند با خطای کمتر از 10 % حدس اولیه اندازه­های مختلف توربین را برای طراحی­های عددی ارائه دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Mohammadi M., Hajidavalloo E. and Behbahani Nejad M., Water Injection for Reduction of Vortex Rope Effects in Francis Turbine Draft Tube and Offering New Method for Selecting Nozzle Diameter. Journal of Mechanical Engineering, Vol. 49, No. 3, pp. 299–307, 2018.
  • Mohammadi M., Hajidavalloo E., and Behbahani Nejad M., Investigation on Combined Air and Water Injection in Francis Turbine Draft Tube to Reduce Vortex Rope Effects. Journal of Fluids Engineering, Vol. 141, 2019.
  • درخشان هوره ش. و ریاسی ع.، توربین‌های آبی. انتشارات جهاد دانشگاهی، تهران، 1393.
  • Gallagher J., Harris I., Packwood A., McNabola A. and Williams A., A strategic assessment of micro-hydropower in the UK and Irish water industry: Identifying technical and economic constraints. Renewable Energy, 81, pp. 808-815, 2015.
  • Ayancik F., Aradag U., Ozkaya E., Celebioglu K., Unver O. and Aradag S., Hydroturbine runner design and manufacturing. International Journal of Materials, Mechanics and Manufacturing, 1, pp. 162-165, 2013.
  • Daneshkah K. and Zangeneh M., Parametric design of a Francis turbine runner by means of a three-dimensional inverse design method. In 25th IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Systems, Timisoara, Romania, 2010.
  • Ayli E., Celebioglu K. and Aradag S., Determination and generalization of the effects of design parameters on Francis turbine runner performance. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 10, pp. 545-564, 2016.
  • Teodor M., Impeller design using CAD techniques and conformal mapping method. In Tech, Shanghai, 2012.
  • Bovet T., Contribution to the study of Francis-turbine runner design. American Society of Mechanical Engineers, New York, 1963.
  • Milos T. and Bsrglszan M., CAD technique used to optimize the Francis runner design. In 6th International Conference on Hydroulic Machinery and Hydrodynamics, Timisoara, Romania, 2004.
  • Wislicennus G.F., Fluid mechanics of turbomachinery. Dover, New York, 1965.
  • Milos T., Susan-Resiga R., Baya A., Muntean S. and Bernad S., Development Of Francis Turbine Model With Swirling Flow Control. In 3th German-Romanian Workshop on Turbomachinery Hydrodynamics, Timisoara, Romania, 2007.
  • Nourbakhsh A., Razavi OS., Khodabakhsh H. and Mehrabadi A., New approach for hydraulic design of Francis runner based on empirical correlations. In International Conference on Small Hydropower, Colombo, Sri Lanka, 2007.
  • Khanal K., Neopane HP., Rai S., Thapa M., Bhatt S. and Shrestha R., A methodology for designing Francis runner blade to find minimum sediment erosion using CFD. Renewable Energy, 87, pp. 307-316, 2016.
  • Singh Thapa B., Eltvik M., Gjosaeter K., Dahlhau OG., Thapa B. and Mai C., Design optimization of francis runner for sediment handling. International Journal Hydropower and Dams, 1-9, 2012.
  • Biswakarma I.B., Shrestha R., Mathematical modeling for the design of Francis runner. In IOE Graduate Conference, Kathmandu, Nepal,
  • De Siervo F. and De Leva F., Modern trends in selecting and designing Francis turbines. International Water Power and Dam Construction, 28, No. 8, pp. 28-35, 1976.
  • Lugaresi A. and Massa A., Designing Francis turbines: trends in last decade, International Water Power and Dam Construction, 39, No. 11, pp. 23-28, 1987.
  • Mosonyi E., Water power development high head power plant. Vol. Two/B, Akademiai Kiado, Budapest, 1991.
  • Lindestrom L.E., Review of modern hydraulic turbines and their application in different power projects, Karlstads Mekaniska Werkstad, Kristineham, 1986.
  • Gordon J.L., A new approach to turbine speed. International Water Power and Dam Construction, 42, No. 8, pp. 39-46, 1990.
  • Albuquerque R.B.F. and Oliveira W., Conceptual design optimization of francis turbines. in Proc. In 21st Brazilian Congress of Mechanical Engineering, Natal, Brazil, 2011.
  • Mohammadi M., Mohammadi M.R., Mohammadi A.R. and Farahat.S. Analyzing Mathematical and Software Methods for Selecting and Designing Francis Turbine in Hydropower Plants. Journal of Clean Energy Technologies, 4, No. 4, pp. 276-283, 2016.
  • Altimemy M., Attiyaa B., Daskirand C., Liue I. H. and Oztekina A., Mitigation of flow-induced pressure fluctuations in a Francis turbine operating at the design and partial load regimes—LES simulations. International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 79, 2019.
  • Sotoudeh N., Maddahian R., Cervantes M. J., Investigation of Rotating Vortex Rope formation during load variation in a Francis turbine draft tube. Renewable Energy, Vol. 151, pp. 238-254, 2020.
  • Yu A., Tang Q., Wang X., Zhou D. and Liu J., Investigation of the Pressure Fluctuation Alleviation in a Hydraulic Turbine by Runner Modification. water, Vol. 11, 2019.
  • محمدی م.، توربین‌های شبیه‌سازی جریان درفت‌تیوب توربین فرانسیس با در نظر گرفتن تزریق هوا و آب. دانشگاه شهید چمران، اهواز، 1397.
  • Cheng H., Zhou L., Liang Q., Guan Z., Liu D., Wang Z. and Kang W., A method of evaluating the vortex rope strength in draft tube of Francis turbine. Renewable Energy, Vol. 152, pp. 770-780, 2020.
  • Gavrilov A.A., Sentyabov A.V., Dekterev A.A. and Hanjali K., Vortical structures and pressure pulsations in draft tube of a Francis-99 turbine at part load: RANS and hybrid RANS/LES analysis. International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 63, pp. 158–171, 2017.
  • Arispe T.M., Oliveira W.D., Ramirez R.G., Francis turbine draft tube parameterization and analysis of performance characteristics using CFD techniques. Renewable Energy, Vol. 127, pp. 114-124, 2018.
  • Celebioglu K., Altintas B., Aradag S. and Tascioglu Y., Numerical research of cavitation on Francis turbine runners. international journal of hydrogen energy, Vol. 42, pp. 777-778, 2017.
  • کاووسی نژاد ا.، نقشه‌های طراحی سد عباسپور. شرکت آب‌نیرو، تهران، 1378.
  • Sayers A.T., Hydraulic and compressible flow turbomachines. Mcgraw-Hill, New York, 1990.
  • Schweiger F. and Gregori J., Developments in the design of water turbines. International Water Power and Dam Construction, 41, pp. 6-23, 1989.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار