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ENGLISH
26-06-2024 - Energy systems - Turbine diffusers [EN]-[IT]

Turbine diffusers
What is the diffuser of a hydraulic turbine?
The diffuser is an apparatus that is positioned at the exhaust of reaction turbines.
The speakers have two main functions listed below:
-recover the head downstream of the turbine
-recover the kinetic energy at the turbine exhaust

What is the purpose of a turbine diffuser?
The water released by the impeller reaches the diffuser. In this area, therefore in the diffuser, the water reduces its kinetic energy in favor of pressure energy.

Types
The types of discharge can be the following:
-Free exhaust
-Constant section piping (suction pipe)
-Piping with increasing section (suction-diffuser pipe)

NOTE:
In the presence of a constant section diffuser, the useful head of a reaction turbine is less than the sum Hv + Hm.
Where:
Hu = useful jump
Hm = mountain jump
Hv = downstream head of the turbine with respect to the basins

There are methods and calculations to be done to understand what percentage of energy would be lost to the exhaust in the absence of a diffuser.

Cavitation
When the development of bubbles of vapor and gas occurs within the liquid flow we are in the presence of the phenomenon called cavitation. These effects are similar to those that occur in pumps.
Cavitation is one of the main causes that determine a significant decline in the performance of a hydraulic turbine.
It must be remembered that the choice of diffuser and therefore its shape are linked to the cavitation phenomenon and therefore to the choice of the static suction height.
To guarantee the good functioning of a hydraulic turbine it is important that at no point does the pressure fall below the minimum value called pmin_amm

NPSHa and NPSHr
The acronym NPSHa stands for Net Positive Suction Head available
The acronym NPSHr stands for Net Positive Suction Head Required

The following relationship exists between these two factors:

Net Positive Suction Head Available (NPSHa) and Net Positive Suction Head Required (NPSHr) are two fundamental concepts in hydraulic pump engineering.
We can briefly summarize the two concepts below:
-the NPSHa is the pressure actually available at the pump inlet, while -the NPSHr is the minimum pressure necessary to avoid cavitation.

Conclusions
In a hydraulic turbine, good diffuser design allows the cavitation phenomenon to be avoided in certain, but not all, conditions.

Request
Have you ever heard of hydraulic pump diffusers? Have you ever heard of the phenomenon of cavitation? Or have you ever seen the formation of bubbles near hydraulic pumps or in some ducts?

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ITALIAN
26-06-2024 - Sistemi energetici - Diffusori delle turbine [EN]-[IT]

Diffusori delle turbine
Cosa è il diffusore di una turbina idraulica?
Il diffusore è un apparato che è posizionato allo scarico delle turbine a reazione.
I diffusori hanno due funzioni principali elencate qui di seguito:
-recuperare il salto a valle della turbina
-recuperare l’energia cinetica allo scarico della turbina

A cosa serve il diffusore di una turbina?
Al diffusore arriva l’acqua ceduta dalla girante. In questa zona, quindi nel diffusore, l’acqua riduce la propria energia cinetica a favore dell’energia di pressione.

Tipologie
Le tipologie di scarico possono essere le seguenti:
-Scarico libero
-Tubazione a sezione costante (tubo aspiratore)
-Tubazione a sezione crescente (tubo aspiratore-diffusore)

NOTA:
In presenza di un diffusore a sezione costante, il salto utile di una turbina a reazione è inferiore alla somma Hv + Hm.
Dove:
Hu = salto utile
Hm = salto di monte
Hv = salto di valle della turbina rispetto ai bacini

Ci sono metodi e calcoli da fare per capire quale sarebbe la percentuale di energia persa allo scarico in assenza di diffusore.

Cavitazione
Quando si verifica lo sviluppo di bollicine di vapore e di gas in seno alla corrente liquida siamo in presenza del fenomeno che viene chiamato cavitazione. Questi effetti sono analoghi a quelli che avvengono nelle pompe.
La cavitazione è una delle cause principali che determinano un sensibile decadimento delle prestazioni di una turbina idraulica.
Si deve ricordare che la scelta del diffusore e quindi la sua forma sono legati al fenomeno della cavitazione e quindi alla scelta dell’altezza statica di aspirazione.
Per garantire il buon funzionamento di una turbina idraulica è importante che in nessun punto la pressione scenda al di sotto del valore minimo chiamato pmin_amm

NPSHa e NPSHr
La sigla NPSHa sta per Net Positive Suction Head disponibile
La sigla NPSHr sta per Net Positive Suction Head richiesto

Tra questi due fattori esiste la seguente relazione:

Il Net Positive Suction Head disponibile (NPSHa) ed Net Positive Suction Head richiesto (NPSHr) sono due concetti fondamentali nell'ingegneria delle pompe idrauliche.
Possiamo riassumere in breve i due concetti qui di seguito:
-il NPSHa è la pressione effettivamente disponibile all'ingresso della pompa, mentre -il NPSHr è la pressione minima necessaria per evitare la cavitazione.

Conclusioni
In una turbina idraulica un buona progettazione del diffusore permettere di evitare in certe condizioni, non in tutte, il fenomeno della cavitazione.

Domanda
Avete mai sentito parlare di diffusori delle pompe idrauliche? Avete mai sentito parlare del fenomeno della cavitazione? Oppure avete mai visto la formazione di bollicine nei pressi delle pompe idrauliche o in alcuni condotti?

THE END