Validação de equações para cálculo de labirinto do tipo plano usados em turbinas hidráulicas

dc.creatorGlycon Pena de Souza Barros
dc.date.accessioned2020-11-10T17:42:21Z
dc.date.accessioned2025-09-09T01:01:24Z
dc.date.available2020-11-10T17:42:21Z
dc.date.issued2020-08-28
dc.description.abstractThe hydraulic turbine is a driving machine that converts hydraulic power into mechanical power. There is some fluid loss in the hydraulic machine (turbines) due to a pressure difference between its inlet, outlet and rotor cover. This loss occurs through the labyrinths, which are parts or devices used to assure sealing, or some small loss of specific fluid existing between the fixed and the mobile portions of the turbomachinery. This study focuses on the straight-through type, also known as plane labyrinths in the Francis hydraulic turbines, which is not largely discussed in literature. Through bibliographic research, the types of labyrinths and the equations related to the fluid flow (Q), the pressure difference (head loss) (∆p), the flow coefficient (μ), the fluid jet contraction coefficient and / or friction and / or the power supply (α) and the resistance coefficient (λ) have been studied. After surveying the equations, tests were carried out on a labyrinth test bench on a hydraulic turbine rotor patented by the Federal University of Minas Gerais, under registration BR 10 2019 013739 8 INPI/2019, Brazil (UFMG, 2019) and installed in the UFMG Hydraulic Research Center (CPH). The equipment placed in the CPH simulates conditions in a Francis turbine labyrinth, assessing the pressure variation in the labyrinth according to the flow variation and the rotation of the machinery rotor. Real operating conditions were simulated with the aim of comparing the coefficients (μ, α and λ) obtained in the tests with theoretically calculated values described in literature. The results showed that the values of (μ) and (α) obtained in the tests are close to values referred to in bibliographic research and theoretically calculated. On the contrary, the coefficient ((λ) obtained in the tests was quite different from the calculated values. It is believed that Taylor’s vortexes and other phenomena may have influenced the ((λ) results. The conclusion is that it is important to understand the types of labyrinths and the equations that describe each one, so that they are sized correctly for each application.
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/34358
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/pt/
dc.subjectEngenharia mecânica
dc.subjectTurbinas hidráulicas
dc.subjectMecânica dos fluidos
dc.subject.otherLabirinto
dc.subject.otherTurbinas
dc.subject.otherPerda de carga
dc.subject.otherFrancis
dc.titleValidação de equações para cálculo de labirinto do tipo plano usados em turbinas hidráulicas
dc.title.alternativeEquations validation for the calculation of a plane type labyrinth used in hydraulic turbines
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor-co1Carlos Barreira Martinez
local.contributor.advisor1Edna Maria de Faria Viana
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6000983211838155
local.contributor.referee1Eduardo Bauzer Medeiros
local.contributor.referee1José Antonio Perrella Balestieri
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/9395611601025606
local.description.resumoTurbina hidráulica é uma máquina motriz que transforma a energia hidráulica em energia mecânica. Existe na máquina hidráulica (turbinas) uma fuga de fluido, devido á diferença de pressões entre a entrada, a saída e a tampa do rotor. Essa fuga ocorre através dos labirintos que são peças ou dispositivos utilizados para garantir estanqueidade (vedação), ou pequena fuga de um determinado fluido existente entre parte fixa e móvel de uma turbomáquina. O enfoque deste trabalho é aplicado a labirintos do tipo direto ou também chamado de plano em turbinas hidráulicas do tipo Francis, sendo pouco explorado na literatura. Através de pesquisas bibliográficas, foram estudados os tipos de labirintos e as equações relacionadas ao fluxo de fluido (Q), diferença de pressão (perda de carga) (∆p), coeficiente de vazão (μ), coeficiente de contração do jato fluido e/ou atrito e/ou fornecimento de energia (α) e o coeficiente de resistência (λ). Após levantamento das equações, foram feitos testes em uma bancada de teste de labirinto em rotor de turbina hidráulica patenteada pela Universidade Federal de Minas Gerais, sob o registro BR 10 2019 013739 8, INPI/2019, Brasil (UFMG, 2019) e instalada no Centro de Pesquisas Hidráulicas (CPH) da UFMG. O aparato disposto no CPH simula condições de um labirinto de turbina Francis, permitindo obter a variação das pressões no labirinto em função da variação da vazão e da rotação do rotor da máquina. Foram simuladas condições reais de funcionamento tendo por objetivo comparar os coeficientes (μ, α e λ) obtidos nos testes com os valores calculados de forma teórica descritos nas referências bibliográficas. Os resultados demonstraram que os valores de (μ) e (α) obtidos nos testes estão próximos a valores referenciados nas pesquisas bibliográficas e calculados de forma teórica. O coeficiente (λ) obtido nos testes distanciou bastante dos valores calculados. Entende-se que os vórtices de Taylor e outros fenômenos influenciaram nos resultados de (λ). É importante conhecer os tipos de labirintos e as equações que descrevem cada labirinto para que este seja dimensionado de forma correta para cada aplicação.
local.identifier.orcid0000-0002-5777-431X
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica

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