드래프트 튜브

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드래프트 튜브는 터빈 러너의 출구에 장착되는 다이버깅 튜브로, 러너 출구에서 물과 함께 사용할 수 있는 운동에너지를 활용하는데 사용된다. '.^[1]

터빈 끝에 있는 이 드래프트 튜브는 속도를 희생시켜 나가는 유체의 압력을 증가시킨다. 이는 터빈이 테일레이스에서 역류할 염려 없이 더 높은 범위까지 압력을 낮출 수 있다는 것을 의미한다.

임펄스 터빈에서는 가용 헤드가 높으며, 터빈이 테일 레이스보다 몇 미터 위에 배치될 경우 효율에 큰 영향을 미치지 않는다. 그러나 반응 터빈의 경우, 네트 헤드가 낮고 터빈이 테일 레이스 위에 설치되면 터빈에 동력을 공급하기 위해 가용 압력 헤드에서 상당한 손실이 발생할 수 있다. 또한, 테일 레이스에서 유체의 압력이 터빈 출구보다 높을 경우, 터빈으로 액체가 역류할 경우 상당한 손상을 초래할 수 있다.

터빈 출구에 드래프트 튜브(디퓨저 튜브 또는 파이프라고도 함)를 배치함으로써 출구 속도를 감소시킴으로써 터빈 압력 헤드가 증가하게 되며, 전체적인 효율과 터빈 출력을 모두 개선할 수 있다. 드래프트 튜브는 터빈 러너의 출구에 있는 운동 에너지의 일부를 유용한 압력 에너지로 변환하여 작동한다.^[2]

드래프트 튜브를 사용하면 터빈 구조물을 테일 레이스 위에 올려놓아 필요한 모든 검사를 보다 쉽게 할 수 있고 시공에 필요한 굴착량을 줄일 수 있다는 장점도 있다.

효율성

이는 드래프트 튜브의 압력에너지로의 실제 전환과 드래프트 튜브 입구에서 이용 가능한 운동 에너지의 비율로 정의된다.

ɳ = 유입구와 배출구-튜브 손실/흡입구의 운동 에너지 차이

ɳ_dt = :${\displaystyle \frac{}{}}$(${\displaystyle \frac{{V\mathrm{}}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{}_{}^{}}{}}$- V ${\displaystyle \frac{{\mathrm{}}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{2\mathrm{}}_{}^{}}{}}$)${\displaystyle \frac{}{}}$- 2 ${\displaystyle \frac{{}_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{d_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{}_{}}{{}_{}^{}}}$ ${\displaystyle \frac{{\mathrm{}}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{2\mathrm{}}_{}^{}}{}}$ ${\$pressstyle ${\$frac {($V_{2}^{2}^{3}^{d}-{d}}}{V_{2}^{$2}}:00$}$

V₂ = 드래프트 튜브 입구 또는 터빈 출구에서의 유체 속도

V₃ = 드래프트 튜브 출구에서의 유체 속도

g= 중력 가속도

h_d = 미발송 튜브의 머리 손실

드래프트 튜브는 터빈을 테일 레이스 위에 배치할 수 있도록 하고 동시에 테일 레이스에 배치했을 경우 동일한 효율로 작동할 수 있도록 한다.^[3]

드래프트 튜브 및 캐비테이션

공동화는 국부 절대 압력이 수온의 포화 증기 압력 아래로 떨어질 때 발생한다.^[4] 드래프트 튜브의 높이는 공동화를 피하기 위한 중요한 변수다. 주자의 출구와 드래프트 튜브의 배출 지점 사이에 버누이의 방정식을 적용하여 드래프트 튜브의 머리 손실을 무시)

${\displaystyle z_{2}\,+\,{\frac {p_{2}}{\rho g}}\,+\,{\frac {V_{2}^{2}}{2\,g}}\,=\,z_{3}\,+\,{\frac {p_{3}}{\rho g}}\,+\,{\frac {V_{3}^{2}}{2\,g}},}$

z₂ = z(초안 튜브 높이)

z₃ = 기준선으로 참조되는 테일 레이스의 높이(=0)

p₂ = 주자의 출구 압력

p₃ = 게이지 압력

${\displaystyle {\frac {p_{2}}:{\rho g}\,=\,-\,\\,\좌측[z\,+],{\frac {V_{2}^{3}^{2}}:{2\,g}\,},},}$

드래프트 튜브는 디퓨저 V보다₃₂ 항상 작기 때문에 p는₂ 항상 음수이므로 드래프트 튜브의 높이는 공동화를 피하기 위한 중요한 매개 변수다.^[5]

드래프트 튜브의 종류

1. 원뿔형 디퓨저 또는 직선 다이버전트 튜브-이 타입의 드래프트 튜브는 흐름 분리를 방지하기 위해 일반적으로 절반 각도가 10° 미만인 원뿔형 디퓨저로 구성된다. 보통 저속 수직축 프란시스 터빈에 사용된다. 이러한 유형의 드래프트 튜브의 효율은 90%이다.

2. 단순 엘보우형 드래프트 튜브-연장 엘보우형 튜브로 구성된다. 일반적으로 터빈이 테일 레이스에 가깝게 배치되어야 할 때 사용된다. 굴착 비용을 줄이는 데 도움이 되며, 주자의 출구에서 운동에너지를 회복하기 위해서는 출구 지름이 최대한 커야 한다. 이러한 종류의 드래프트 튜브의 효율은 거의 60% 미만이다.

3. 단면 변화가 있는 팔꿈치-굽혀진 부분이 직사각형 출구를 가진 다양한 단면이라는 점을 제외하면 벤트 드래프트 튜브와 유사하다.드래프트 튜브의 수평 부분은 일반적으로 출구 끝에서 공기가 들어가지 않도록 위쪽으로 기울어져 있다.^[6]

참조