Орієнтовний розрахунок проточної частини

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 5Следующая ⇒

Орієнтовний розрахунок проточної частини

Попередня оцінка економічності й теплової потужності турбіни

Ефективна потужність турбіни може бути визначена по електричній потужності генератора, якщо відомі ККД генератора й ККД редуктора:

,

де - ККД електрогенератора, 0,981,

- ККД редуктора, 1.

22,426 .

Знаючи ефективну потужність, можна знайти ефективний ККД  [1] і відносний внутрішній ККД  турбіни:

,

де  - механічний ККД, 0,993,

0,805,

0,8107.

Приймаючи втрати в клапанах рівними приблизно 3 %, визначаємо параметри робочого тіла на вході в турбіну:

;

8,536 ;

;

528,86 ,

де 3464 ,

0,0408 ; 6,781 .

Визначаємо ізоэнтропний перепад на турбіну , :

,

де  2121,1 ,

1343,5 .

Визначаємо дійсний перепад на турбіну , :

,

1089,1 .

Будуємо процес розширення в турбіні в I-S діаграмі (рис. 2.1) і визначаємо параметри пари за турбіною:

2375,5 ;

;

6,951 , 0,92, 16,65 , 41,51 .

Рисунок 2.1 – Визначення пари за регулюючим ступенем (на вході в ступінь тиску) на номінальному режимі роботи турбіни

Розрахунок ступенів тиску

Оскільки проектування в бакалаврському проекті ведеться на базі турбіни-прототипу, то при розподілі теплоперепаду по ступенях середні діаметри й висоти лопаток на першому етапі розрахунку приймаються такими, як у турбіні-прототипі.

Спочатку визначаємо ступінь реактивності на середньому радіусі ступеня по залежності, отриманої для закону закручення соплового апарата

Коренева реактивність приймається в інтервалі , причому менші значення  відповідають коротким лопаткам, а більші — довгим. Значення кута  приймається в діапазоні від 10 до 20° з аналогічною зміною по проточній частині.

Знаходимо значення  залежно від  :

,

тут  0,97.

По відношенню  й окружній швидкості ,  обчислюємо швидкість , :

,

і розташовуваний теплоперепад ентальпії на ступінь по загальмованих параметрах  , :

Значення адіабатичного перепаду ентальпій на ступінь менше, ніж розташовуваний на величину, еквівалентну енергії з вихідною швидкістю попереднього ступеня , :

Коефіцієнт втрат з вихідною швидкістю  для активних ступенів можна прийняти рівним .

У загальному випадку

Тут  - коефіцієнт використання вихідної швидкості. Він залежить від конструктивних особливостей проточної частини. Для першого ступеня відсіку , для післявідбірних ступенів  і тільки для ступенів, розташованих безпосередньо один за одним можна прийняти .

Тоді

,

де  - розташовуваний теплоперепад попереднього ступеня.

Сума адіабатичних теплоперепадів становить теплоперепад у проточній частині ступенів тиску:

З іншого боку, розташовуваний теплоперепад на ступені тиску може бути визначений за допомогою коефіцієнта повернення теплоти :

,

,

де - ізоентропний теплоперепад ступенів тиску (див. рис. 2.1), ,

 - число ступенів тиску,

0.85,

 в області перегрітої пари.

Якщо сума адіабатичних перепадів на ступені не дорівнює тепло перепаду, що мається у розпорядженні, визначеному за коефіцієнтом повернення тепла, то варто ввести корективи в проточну частину машини. Якщо різниця

порівняно з теплоперепадом на ступінь, то можна змінити число ступенів, якщо вона менше, те можна змінити або відношення , або діаметри ступенів (однієї або групи).

Домігшись дотримання рівності  починаємо будувати процес розширення в ступенях тиску в  діаграмі. Для цього спочатку будуємо наближену політропу розширення, з'єднуючи прямою точку  із точкою  яка визначає параметри пари за турбіною. Починаючи з першого ступеня, послідовно для кожного із ступенів знаходимо статичний тиск за ступенем й інші параметри стану пари. Для цього визначаємо ентальпію за ступенем як різницю ентальпії перед ступенем й її адіабатичним перепадом:

,

.

а в точці перетинання відповідної ізобари й політропи розширення в турбіні всі інші параметри за щаблем -  (рис 2.2).

Результати розрахунку зводимо в таблицю 2.1.

Рисунок 2.2 – Визначення параметрів пари за ступенями тиску

Розрахунок ступенів тиску

Розрахунок проводиться послідовно від першого до останнього ступеня. Початкова точка розрахунку — параметри в камері регулюючого ступеня на номінальному режимі роботи турбіни . Вихідні дані для розрахунку зводяться в таблицю 2.4, а розрахунок проточної частини в таблицю 2.6, трикутники швидкостей (рис. 2.11)

Порядок розрахунку для всіх ступенів однаковий.

Знаходимо перепад ентальпій у соплах  , :

,

і швидкість витікання із сопел , :

.

Втрати в соплах

, :

Використаний теплоперепад у соплах

, :

Параметри пари за соплом (рис. 2.7).:

, де ;

;

;

;

 .

.

Якщо в соплових решітках установлюється критична швидкість, то в розрахунку необхідно врахувати відхилення потоку в косому зрізі решіток і знайти площу горлового перетину решітки. Тут витрата через сопловий апарат  виявляється менше витрати на вході в ступінь на значення втрат через діафрагменне ущільнення. Наприклад, для першого ступеня тиску

.

Витік через диафрагмене ущільнення рахується по тим самим формулам, що й витік через переднє кінцеве ущільнення.

Рисунок 2.7 – Процес розширення в ступені тиску

Уточнюємо висоту соплових лопаток , , зберігаючи прийняте в орієнтовному розрахунку значення  й :

.

Кут входу на робочі лопатки у відносному русі , :

,

і швидкість входу потоку на робочі лопатки , :

.

Перепад тепломісткості на робочих лопатках , :

і відносна швидкість виходу з робочих лопаток , :

.

Втрати на робочих лопатках, , :

.

Далі обчислюємо параметри гальмування на вході в робочі решітки:

;

.

Параметри дійсного стану за робочою лопаткою (рис. 2.7):

; ;

;

;

.

Далі можна розрахувати осьову складову швидкості виходу з робочих лопаток в абсолютному русі , :

.

Вважається, що весь витік через діафрагмове ущільнення іде в розвантажувальні отвори диска, витрату через робочі лопатки , , можна визначити як різницю витрати через сопло й периферійний витік:

.

Значення відносної витрати через периферійне ущільнення можна знайти з вираження

,

де  ;

;

 - число гребенів в ущільненні, можна прийняти з інтервалу ;

 - коефіцієнт витрати сопла [1]

Рисунок 2.8 – До визначення втрат від витоку в периферійний зазор

Знаходимо кут виходу потоку у відносному русі , :

,

і кут виходу в абсолютному русі , :

,

швидкість виходу з робочих лопаток в абсолютному русі , :

.

При цьому необхідно виконати умову:

.

Втрати з вихідною швидкістю , :

.

ККД на окружності колеса (лопатковий ККД)

.

Далі для визначення відносного внутрішнього ККД ступеня необхідно обчислити внутрішні втрати:

втрати на тертя й вентиляцію ,

,

де ,  - потужність тертя й вентиляції, , визначається так само, як і при розрахунку регулюючого ступеня; втрати від витоку в периферійне ущільнення обандаженого ступеня , :

,

.

Втрати від витоків необандаженого ступеня можна знайти з вираження

,

де

.

Втрати від витоку через діафрагмове лабіринтове ущільнення вважається пропорційними витраті через них , :

.

Відносний внутрішній ККД ступеня:

Якщо ступінь працює в області вологої пари, то додаткові втрати від наявності вологи , , можна визначити з вираження

,

де  й  - початкова й кінцева вологість процесу розширення в ступені;

 - перепад ентальпії, що спрацьовується в ступені в області вологої пари (рис. 2.9).

Рисунок 2.9 – До визначення втрат від вологості

Розраховуємо внутрішній ККД ступеня з урахуванням втрат від вологості:

.

Визначаємо потужність щабля N, квт:

.

Для більшої точності на  діаграмі відкладаємо суму втрат  від точки, що відповідає ізоентропійному розширенню на робочих лопатках, і знаходимо точку, що відповідає стану пари за ступенем без обліку втрати з вихідною швидкістю:

;

.

Точка початку процесу розширення в наступному ступені залежить від умов використання кінетичної енергії потоку на виході з попереднього ступеня:

,

де - коефіцієнт використання вихідної швидкості , що залежить від конструктивних особливостей проточної частини на ділянці ступенів, що розраховують. Якщо  й кінетична енергія потоку використається повністю, то початок процесу в наступному ступені перебуває в точці

;

,

і розташовуваний теплоперепад наступного ступеня

.

Якщо швидкість виходу з попереднього ступеня губиться повністю, то параметри на вході в наступний ступінь , , . Якщо ж швидкість  використається частково, то загублена енергія :

;

;

.

Після розрахунку всіх ступенів визначаємо сумарну внутрішню потужність турбіни , :

21838.047

і відносної внутрішній ККД турбіни

,

де  -теоретична потужність турбіни,  (рис. 2.10):

23643,618

0,924

Рисунок 2.10 – До визначення теоретичної потужності турбіни

Завдяки поверненню тепла ККД турбіни більше, ніж ККД окремих ступенів.

Познавательные статьи:



Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Рынок недвижимости. Сущность недвижимости

Решение задач с использованием генеалогического метода

История происхождения и развития детской игры