드래프트 튜브에 대해 알아야 할 모든 것

드래프트 튜브는 Kaplan, Francis 및 반응 터빈과 같은 대부분의 터빈 유형에서 필수 구성 요소입니다. 구성 요소는 러너의 출구를 테일레이스에 연결하는 영역이 점차 증가하도록 설계된 파이프와 같습니다. 양쪽 끝이 있는 한쪽 끝은 러너 배출구에 연결되고 다른 쪽 끝은 테일레이스의 수위 아래에 잠겨 있습니다. 이 구성 요소에서 운동 에너지는 정압으로 변환됩니다.

오늘 당신은 드래프트 튜브의 정의, 응용, 기능, 다이어그램, 유형 및 작동에 대해 알게 될 것입니다. 또한 다양한 응용 분야에서 이 드래프트 튜브의 장점과 단점을 알게 될 것입니다.

드래프트 튜브란 무엇입니까?

드래프트 튜브는 일반적으로 출구에서 물의 운동 에너지를 정압으로 변환하기 위해 터빈의 출구 또는 출구에 장착된 연결 파이프입니다. 이 구성 요소를 사용하면 물의 운동 에너지 낭비를 피할 수 있습니다. 흡출관에서 직경은 입구 근처에서 작고 출구 근처에서 큽니다. 이 콘센트는 항상 물에 잠겨 있습니다. 주강과 시멘트 콘크리트는 드래프트 튜브를 만드는 데 사용되는 재료입니다.

앞에서 언급한 바와 같이 흡출관은 일반적으로 반작용, 카플란 및 프랜시스 터빈과 같은 동력 터빈에 사용됩니다. 이 시스템은 러너 바로 아래에 있으며 러너에서 나오는 유속을 감속할 수 있습니다.

드래프트 튜브는 터빈 출구와 테일레이스 사이에 위치하는 역류 문제를 피하기 위해 터빈에 사용됩니다. Pelton이나 Impulse와 같은 터빈은 터빈에 사용할 수 있는 헤드가 매우 크기 때문에 흡출관이 필요하지 않습니다. 그 결과 터빈 출구에서 대기압보다 높아집니다. 터빈 출구에서 물의 위의 대기압 때문에 물의 역류는 절대 발생하지 않습니다.

드래프트 튜브의 적용

터빈에서 흡출관의 적용은 이미 위에서 언급되었습니다. 낮은 터빈 출구 압력에서 유체가 거부되는 주변 압력으로 압력을 높이는 데 사용됩니다. 드래프트 튜브의 주요 기능은 물의 운동 에너지를 압력 에너지로 변환하고, 물의 속도를 낮추고, 테일레이스에 합류하기 전에 물의 압력을 높이는 것입니다. 이 파이프는 단면적을 꾸준히 늘리는 데 사용됩니다.

드래프트 튜브의 다이어그램:

Kaplan 터빈의 드래프트 튜브.

드래프트 튜브의 종류

다음은 다양한 유형의 드래프트 튜브입니다.

원추형 드래프트 튜브:

원추형 드래프트 튜브는 흐름 방향이 직선 및 발산을 허용합니다. 그들은 일반적으로 테이퍼 모양 디자인과 입구보다 큰 외경을 갖는 연강판으로 만들어집니다. 드래프트 튜브의 테이퍼 각도는 드래프트 튜브의 벽에서 흐름의 발산을 유도하기에 너무 넓지 않습니다. 또한 각도가 너무 짧아서는 안 됩니다. 왜냐하면 상당한 운동 에너지 손실을 제공하기 위해 더 긴 흡출관이 필요하기 때문입니다.

단순 엘보 드래프트 튜브:

이러한 유형의 드래프트 튜브는 팔꿈치 모양입니다. Kaplan 터빈에 자주 사용됩니다. 단면적은 흡출관의 전체 길이에 대해 동일하게 유지되지만 입구와 출구는 원형입니다. 팔꿈치 드래프트 튜브는 낮은 머리 위치에 사용되며 터빈은 테일레이스 옆에 장착됩니다. 이는 드릴링 비용을 최소화하는 데 도움이 되며 출구 직경은 러너 출구에서 운동 에너지를 회수할 수 있는 위치만큼 넓습니다.

무디 드래프트 튜브:

무디 드래프트 튜브 유형에서 배출구는 두 부분으로 나뉘며 하나의 흡입구가 있습니다. 이 튜브는 원추형 흡출관과 유사합니다. 무디 드래프트 튜브 유형은 물의 소용돌이를 줄이는 데 도움이 됩니다.

다양한 단면의 팔꿈치 흡출관:

다양한 단면을 가진 이러한 드래프트 튜브 유형은 단순 엘보우 드래프트를 개선한 것입니다. 입구는 원형이고 출구는 직사각형입니다. 일반적으로 드래프트 튜브의 수평 단면은 공기가 출구 영역에 도달하는 것을 방지하기 위해 위로 기울어집니다. 드래프트 튜브는 입구에서 출구까지 단면이 다양합니다. 이 콘센트는 테일레이스 아래에 있습니다.

드래프트 튜브 작업

터빈에서 흡출관의 작동은 덜 복잡하고 쉽게 이해할 수 있습니다. Kaplan 및 Francis 터빈의 경우 입구에서 사용 가능한 헤드가 낮아 터빈을 테일레이스에 훨씬 더 가깝게 배치해야 합니다. 이것은 최대 헤드를 얻는 데 도움이 됩니다. 물의 압력의 대부분은 터빈의 기계적 에너지로 변환됩니다. 터빈 출구의 압력 수두가 대기압보다 낮습니다.

역류는 터빈 출구가 테일레이스 근처에 있고 터빈 출구에서 물의 압력이 대기압보다 낮기 때문에 발생할 수 있습니다. 이는 물이 고압에서 저압으로 흐르고 터빈 출구의 압력이 대기압보다 낮고 테일레이스에서는 대기압이 있기 때문에 발생합니다.

이 역류는 터빈과 그 부품에 심각한 손상을 일으켜 전체 고장을 일으킬 수 있습니다. 이러한 역류 문제를 피하기 위해 터빈 출구와 테일레이스 사이에 드래프트 튜브가 사용됩니다. 드래프트 튜브는 물의 압력을 대기압으로 증가시킵니다.

드래프트 튜브 작업에 대해 자세히 알아보려면 아래 동영상을 시청하세요.

섹션 1-1 및 2-2의 베르누이 원칙 적용

[압력 수두 + 속도 수두 + 고도 수두]_1-1  =[압력 수두 + 속도 수두 + 고도 수두]_2-2

하자
P₁ =섹션 1-1(드래프트 튜브의 입구)에서의 유체 압력
V₁ =섹션 1-1(드래프트 튜브의 입구)에서의 유체 속도
유사하게,
P₂ =섹션 2-2(드래프트 튜브의 출구)에서의 유체 압력
V₂ =섹션 2-2(드래프트 튜브의 출구)에서의 유체 속도
ρ =흐르는 유체의 밀도
g =중력
h_f =흡출관의 머리(에너지) 손실
H =테일레이스 위 드래프트 튜브의 수직 높이
y =테일레이스에서 드래프트 튜브 바닥까지의 거리.
P_a  =유체의 대기압.

( P₁  / ρg ) + ( V₁ ² / 2g ) + ( H_s + y ) =( P₂  / ρg ) + ( V₂ ² / 2g ) + ( 0 + h_f )
( P₁  / ρg ) =( P₂  / ρg ) – ( ​​H_s + y ) + ( V₂ ² / 2g ) – ( ​​V₁ ² / 2g ) + h_f

섹션 2 – 2의 압력 수두는 대기압 수두 및 거리 y와 같습니다.
( P₂  / ρg ) =( P_a  / ρg ) + y
( P₁  / ρg ) =( P_a  / ρg ) + y – H_s – y + ( V₂ ² / 2g ) – ( ​​V₁ ² / 2g ) + h_f ( P₁  / ρg ) =( P_a  / ρg ) – H_s + ( V₂ ² / 2g ) – ( ​​V₁ ² / 2g ) + h_f

요구 사항에 대한 방정식 변환(즉, R.H.S 중간에 "-" 공통)
( P₁  / ρg ) =( P_a  / ρg ) – H_s – [ ( V₁ ² / 2g ) – ( ​​V₂ ² / 2g ) – h_f ]

위의 방정식에서 [ ( V₁ ² / 2g ) – ( ​​V₂ ² / 2g ) – h_f ]를 키네틱 헤드라고 합니다.
여기서 [ ( V₁ ² / 2g ) – ( ​​V₂ ² / 2g ) ]는 동적 헤드입니다.
위의 방정식에서 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
( P₁  / ρg ) <( P_a  / ρg )
그래서        P1