[자연과학]유체역학실험 - 펠톤수차 실험

펠톤수차 실험

1. 실험 개요

유체에서 에너지를 얻는 여러 종류의 터어빈 중에서 노즐에서 높은 수두를 고속 제트로 바꾸고 버킷에 충돌함으로써 유체에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 펠톤 충동 터어빈의 구조를 이해하고, 효율을 구함으로써 터어빈에 대한 특성 및 원리를 이해한다.

2. 실험 목적

원판의 주위에 다수의 버킷(buket)을 배열하고 노즐(nozzle)로부터 물이 분출되면 물의 모든 에너지는 속도에너지로 바뀌고 그것이 버킷에 부딪혀 수차를 회전시키는 기계장치를 펠톤수차라 하며, 고낙차 즉 물의 운동에너지가 크고 유량이 비교적 적은 곳에 사용되는 충동형수차이다.
본 실험은 노즐에서 임의의 다양한 속도로 물을 분사시킬 때 노즐의 분사속도가 펠톤수차의 작동특성에 미치는 영향을 알아본다.

3. 실험 이론

터어빈은 높은 수두를 보유하는 유체에서 에너지를 얻는다. 터어빈에는 반동형과 충동형의 두 형식이 있으며, 충동형 터어빈은 노즐에서 놓은 수두를 고속 제트로 바꾸고 버킷에 충돌함으로서 유체에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 장치이다.
버킷은 일반적으로 타원형으로 분할…(생략)

4. 실험 과정

1) 실험장치를 설치하고 노즐의 입구측 파이프와 bench의 유량공급부분을 연결한다.

2) 브레이크가 축에 일정한 마찰력이 걸릴때까지 인장기를 들어올리고 벤치의 유량조절밸브를 완전히 개방한다.

3) 스위치를 켜고 터어빈을 회전시킨다

4) 이때의 축의 회전수(rpm), 터빈(turbine) 입구측의 압력수두(mH2O) 그리고 계량수조에서의 시간에 따른 체적의 변화량(Q)을 기록한다.

5) 물의 분사 속도를 달리하여 5번 반복 실험한다.

6) 각 회전수에서의 토오크(torque), 효율(efficiency) 그리고 축동력(mechanical power)을 구한다.

5. 실험 결과값 및 데이터 처리