ebook Podstawy obliczeń turbin wiatrowych i wodnych Dawid Taler, Kazimierz Rup

Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN

Rok wydania: 2024

W książce zaprezentowano podstawy obliczeń związanych z projektowaniem i eksploatacją współczesnych turbin wiatrowych i wodnych. Każdy z rozdziałów zawiera syntetyczny opis zagadnienia, podstawowe równania, wynikające np. z bilansu masy, pędu, momentu pędu i energii, a także praktyczne przykłady obliczeniowe. Całość poparta jest licznymi schematami, wykresami oraz tablicami.

W wydaniu 2. rozszerzonym autorzy opisują m.in.:
• sposoby szacowania zasobów energii w poruszającym się powietrzu oraz obliczania mocy turbin wiatrowych,
• sposoby określania wielkości energii elektrycznej generowanej przez współczesne turbiny wiatrowe,
• zasady modelowania turbin wodnych, z uwzględnieniem wyróżnika szybkobieżności i specyficznej prędkości obrotowej,
• zasady wymiarowania najważniejszych elementów budowy turbin Peltona, Francisa i Kapla na oraz sposoby regulacji ich wydajności,
Przytoczyli także opis stosowanych w praktyce rodzajów rur odpływowych (ciągnących) dla turbin reakcyjnych (Francisa i Kaplana).

Książka jest przeznaczona przede wszystkim dla studentów, będzie również przydatna pracownikom instytucji naukowych oraz technicznych, zajmującym się projektowaniem i eksploatacją omawianych turbin.

Spis treści ebooka Podstawy obliczeń turbin wiatrowych i wodnych

Od autorów 9

Wykaz ważniejszych oznaczeń 11

1. Turbiny wiatrowe 13
1.1. Wstęp 13
1.2. Wiatr jako zjawisko fizyczne 15
1.3. Statystyczny opis prędkości wiatru 16
1.4. Oszacowanie prędkości wiatru 21
Przykład_1.1. 23
Przykład_1.2. 25
Przykład_1.3. 29
1.5. Zasoby energetyczne wiatru w Polsce 31
1.6. Omówienie istniejących turbin wiatrowych 32
1.6.1. Siłownie klasyczne o poziomej osi wirnika 33
1.6.2. Charakterystyczne parametry siłowni wiatrowych 36
1.6.3. Modelowanie turbiny wiatrowej o osi poziomej 38
1.6.3.1. Wyznaczenie reakcji aerodynamicznej działającej na konstrukcję turbiny 38
1.6.3.2. Moc turbiny wiatrowej 40
1.6.3.3. Maksymalna sprawność turbiny wiatrowej 42
1.6.3.4. Sprawność turbiny wiatrowej 43
Przykład_1.4. 45
Przykład_1.5. 46
1.6.4. Oszacowanie przebiegu zmian ciśnienia w obszarze wirnika turbiny 48
1.6.5. Współczynnik mocy C_p i siły wzdłużnej C_x 51
1.6.6. Fundamentowanie siłowni wiatrowych o poziomej osi wirnika 55
1.7. Siłownie wiatrowe o pionowej osi wirnika 57
1.7.1. Opis istniejących siłowni wiatrowych o pionowej osi wirnika 57
1.7.2. Moc turbiny wiatrowej z wirnikiem o osi pionowej 61
1.8. Synchronizacja prądu generowanego 65
1.8.1. Opis wstępny 65
1.8.2. Synchronizowanie generatorów siłowni wiatrowych 70
1.8.2.1. Prądnice asynchroniczne 70
1.8.2.2. Prądnice synchroniczne 73

2. Turbiny wodne 75
2.1. Wstęp 75
2.2. Równanie Eulera jako podstawowe równanie wirowych maszyn przepływowych 75
2.3. Interpretacja fizyczna równania Eulera 81
2.4. Stopień reakcyjności turbin hydraulicznych 82
2.5. Spad wodny 83
2.6. Sprawność turbin hydraulicznych 84
2.7. Wyróżnik szybkobieżności turbin hydraulicznych 86
Przykład_2.1. 90
Przykład_2.2. 90
Przykład_2.3. 91
2.8. Bezwymiarowe współczynniki podobieństwa 91
2.9. Testy modelowe 95
2.10. Sprawność modelu i prototypu 97
Przykład_2.4. 97
Przykład_2.5. 99
Przykład_2.6. 99
Przykład_2.7. 100
2.11. Wielkości jednostkowe 102
Przykład_2.8. 107
2.12. Charakterystyki muszlowe turbin hydraulicznych 107

3. Turbina Peltona 112
3.1. Opis turbiny Peltona 112
3.2. Moc turbiny Peltona 117
3.3. Sprawność turbiny Peltona 118
3.4. Wskazówki przy projektowaniu turbiny Peltona 121
3.5. Regulacja wydajności turbiny Peltona 124
Przykład_3.1. 126
Przykład_3.2. 129
Przykład_3.3. 131
Przykład_3.4. 133
Przykład_3.5. 135
Przykład_3.6. 136
Przykład_3.7. 137
Przykład_3.8. 139
Przykład_3.9. 141
Przykład_3.10. 143
Przykład_3.11. 144
Przykład_3.12. 146
Przykład_3.13. 149
Przykład_3.14. 151
Przykład_3.15. 153

4. Turbina Francisa 157
4.1. Opis turbiny Francisa 157
4.2. Zasada działania i budowa 159
4.3. Trójkąty wektorów prędkości charakterystyczne dla turbiny Francisa 160
4.4. Charakterystyczne parametry turbiny Francisa 164
4.5. Regulacja wydajności turbiny Francisa 166
Przykład_4.1. 168
Przykład_4.2. 170
Przykład_4.3. 171
Przykład_4.4. 174
Przykład_4.5. 177
Przykład_4.6. 179
Przykład_4.7. 180
Przykład_4.8. 183
Przykład_4.9. 185
Przykład_4.10. 187
Przykład_4.11. 188
Przykład_4.12. 193
Przykład_4.13. 198

5. Turbiny osiowe 202
5.1. Wstęp 202
5.2. Opis turbin śmigłowych 202
5.3. Analiza trójkątów wektorów prędkości dla turbiny śmigłowej 203
5.4. Turbiny Kaplana 207
5.5. Wskazówki dotyczące wymiarów turbin osiowych 210
5.6. Regulacja wydajności turbiny Kaplana 212
Przykład_5.1. 214
Przykład_5.2. 215
Przykład_5.3. 217
Przykład_5.4. 220
Przykład_5.5. 221
Przykład_5.6. 223
Przykład_5.7. 227
Przykład_5.8. 230

6. Rura odpływowa (ciągnąca) 233
6.1. Opis rury odpływowej 233
Przykład_6.1. 235
6.2. Kawitacja w obszarze rury odpływowej 237
Przykład_6.2. 241
Przykład_6.3. 242
Przykład_6.4. 244
Przykład_6.5. 248
Przykład_6.6. 251
Przykład_6.7. 254

7. Turbiny przepływowe 259

8. Odwracalne turbiny pompowe 261

9. Wykorzystanie zjawiska osmozy w energetyce odnawialnej 263
9.1. Wstęp 263
9.2. Zasada działania silnika osmotycznego 265
9.3. Analiza możliwości zastosowania silnika solankowego dla wody Bałtyku 265
Przykład_9.1. 268

Bibliografia 269