Реферат Курсовая Конспект
Преобразование энергии в осевой турбинной ступени - Конспект, раздел Образование, Конспект лекций по курсу Теория паровых и газовых турбин Лекция № 1 В Ступени Турбины Работа Расширения Рабочего Тела Преобразуется В Кинетическу...
|
В ступени турбины работа расширения рабочего тела преобразуется в кинетическую энергию потока, а последняя – в механическую работу. Рассмотрим это преобразование применительно к одной из ступеней осевой турбины
.
Рис. 24
На рис. 24 показаны проточные части и профили решёток турбинной ступени: а – ступень активного типа; б – ступень реактивного типа.
Поток рабочего тела, вышедший из сопловой решётки со скоростью с1, проходит осевой зазор δа, отделяющий неподвижные сопловые лопатки от рабочих, и поступает в каналы рабочей решётки (рис. 25).
Рис. 25
В сопловой решётке рабочее тело расширяется от давления р0 до р1. При этом потенциальное давление рабочего тела преобразуется в кинетическую энергию. Далее в рабочей решётке происходит дальнейшее понижение давления от р1 до р2. Одновременно поток рабочего тела в рабочей решётке меняет направление. При этом происходит передача кинетической энергии потока рабочим лопаткам ступени.
Рис. 26
Если бы течение рабочего тела в рабочей решётке происходило без потерь, то расширение от давления р0 до р1 привело бы к дальнейшему уменьшению энтальпии на (рис. 26), так что располагаемый теплоперепад для всей ступени, подсчитываемый от параметров торможения , , составил бы сумму располагаемых теплоперепадов сопловой и рабочей решёток, или, что почти то же самое, располагаемый теплоперепад ступени может быть взят по изоэнтропе между давлениями и р2.
В действительном процессе из-за потерь расширение в рабочем канале происходит при возрастающей энтропии, так что состояние рабочего тела при выходе из рабочей решётки может быть представлено точкой 2 в h, s – диаграмме на рис. 26.
Отношение теплового перепада H0p к теплоперепаду ступени от параметров торможения называется степенью реактивности:
. (59)
Если степень реактивности ступени равна нулю и в каналах рабочих лопаток не происходит дополнительного расширения рабочего тела, то такая ступень называется чисто активной. Также ступень называется активной, если ρ<0.25. Если степень реактивности значительно больше 0.25 (ρ = 0.4 – 0.6), то ступень называется реактивной.
Установленные на диске рабочего колеса лопатки образуют рабочую решётку и вращаются вместе с диском с угловой скоростью ω и соответственно с окружной скоростью u= 0.5 ωd, где d – диаметр ступени.
Выходящий из сопловой решётки со скоростью с1 поток направляется в рабочую решётку, по отношению к которой обладает относительной скоростью w1. Последняя определяется как разность векторов с1 и u (рис. 25) и составляет угол β1 с направлением окружной скорости u.
Направление относительной скорости w2рабочего тела при выходе из лопаточного канала определяется углом выхода из рабочей решётки β2 .
Абсолютная скорость выхода рабочего тела из каналов рабочих лопаток определяется как сумма векторов относительной скорости w2 и окружной скорости u2 и обозначается с2.
Поворот и ускорение струи рабочего тела в криволинейных каналах рабочей решётки происходят под влиянием следующих усилий:
· струя испытывает реактивное усилие стенок канала;
· рабочее тело, заполняющий канал, испытывает разность давлений р1 - р2 при входе в канал и выходе из него.
Равнодействующая этих усилий, с которыми лопатки действуют на струю рабочего тела, обозначается R’. С другой стороны струя рабочего тела развивает на лопатках усилие R , равное, но прямо противоположное усилию R’ (рис.24).
Обычно усилие R раскладывают на две составляющие:
· усилие в направлении окружной скорости Ru - окружное усилие ;
· усилие в направлении оси вращения диска ступени Rа – осевое усилие.
Окружное усилие может быть найдено на основании уравнения количества движения, записанного для оси u при массовом расходе рабочего тела, равном G, кг/с:
. (60)
Осевое усилие Rа может быть найдено из уравнения количества движения в направлении оси а, учитывая при этом разность давлений р1 - р2 , действующих на кольцевую площадь рабочих лопаток Ω=πd2l2:
. (61)
В выражениях (60) и (61) α1 и - углы направления скоростей с1 и с2 (рис. 25).
В практики расчётов турбин принято при построении треугольников скоростей потока рабочего тела совмещать вершины треугольников скоростей входа и выхода рабочего тела, как показано на рис. 27.
Рис. 27
Кроме того, углы β2 и α2 между направлениями относительной и абсолютной скоростей выхода рабочего тела w2 и с2 и направлением окружной скорости u обычно отсчитывают по часовой стрелки, так что между углами и , входящими в уравнения (60) и (61) и углами β2 и α2 , применяемыми в практике расчётов турбин, существует связь:
= π - β2 и = π - .
В этом случае формула (60) примет вид:
. (62)
Обычно в осевых турбинах принято равенство u1 = u2 = const. Тогда
. (63)
Осевая составляющая усилия рабочего тела на лопатки запишется следующим образом:
. (64)
Входящие в (63) и (64) суммы проекций относительных и абсолютных скоростей рабочего тела могут быть непосредственно взяты из треугольников скоростей. Применяя формулы косоугольных треугольников, получаем:
;
.
Окружная мощность ступени может быть найдена из уравнения:
. (65)
Для расхода рабочего тела в 1кг/с запишем
. (66)
Преобразуем уравнение (66):
. (67)
Абсолютную скорость с1 можно найти из уравнения (12): учитывая, что
. (68)
Потерю энергии в сопловой решётке можно определить из уравнения:
, [Дж/кг] (69)
где φ = с1/с1t.
Относительную скорость рабочего тела при входе в рабочую решётку w1 можно определить из треугольника скоростей (рис. 27).
Можно записать уравнение сохранения энергии при расширении рабочего тела от давления р1 до давления р2 в рабочей решётке при отсутствии теплообмена :
.
Используя соотношение (67), найдём:
,
или
. (70)
Из уравнения (70) находим относительную скорость на выходе из рабочей решётки:
. (71)
При расширении рабочего тела по изоэнтропе теоретическую относительную скорость можно определить из соотношения:
. (72)
Потерю энергии в рабочей решётке можно определить из выражения:
, (71)
где - коэффициент скорости рабочей решётки.
Потери энергии с выходной скоростью рабочего тела можно определить из выражения:
. (73)
Так как рабочее тело покидает ступень со скоростью c2 , то его кинетическая энергия не используется в данной ступени.
Тогда
. (74)
На рис. 28 детально изображён весь тепловой процесс в турбинной ступени в h, s-диаграмме (а) и показано определение удельного объёма рабочего тела v2t по основной изоэнтропе (б).
Рис. 28
Мощность ступени Nu , кВт, - мощность на лопатках турбинной ступени (окружную мощность) можно определить по формуле:
Nu = GHu, (75)
где G – расход рабочего тела в кг/с,
Hu – в кДж/кг.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Лекция... Введение Конспект по курсу Теория паровых и газовых турбин часть I составлен на основании лекций по этому предмету читавшихся для студентов направления...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Преобразование энергии в осевой турбинной ступени
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов