рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Преобразование энергии в ступени турбины и КПД турбины

Преобразование энергии в ступени турбины и КПД турбины - раздел Геология, Глава 4 – основные закономерности рабочего процесса турбины Турбина Является Не Только Механическим Устройством, В Котором От По­Тока Наг...

Турбина является не только механическим устройством, в котором от по­тока нагретого сжатого рабочего тела отбирается работа. Этот процесс сопро­вождается одновременным изменением давления и темпе­ратуры, что одно­значно характеризует ее как тепловую машину.

С точки зрения термодинамики в турбине происходит процесс расширения газа. Этот процесс может быть проиллюстриро­ван с помощью термодинамиче­ских диаграмм.

 

Рисунок 4.10 - р-v диаграмма процесса расширения

На рисунке 4.10 приведена p-v диаграмма процесса расширения. Кривая «г-Ts» соответствует процессу изоэнтропического расширения. Точка «г» соот­ветствует начальному состоянию рабочего тела, «Тs» – конечному. Величина работы выделившейся при расширении газа с начальной температурой от давления до давления может быть найдена из известного термодинамиче­ского выражения:

    4.25

В реальном процессе расширения «г-т» из-за выделившегося тепла трения действительная температура в конце процесса выше аналогичной темпера­туры в конце идеального процесса . По этой причине точка «Т» соответст­вующая окончанию реального процесса находится на пересечении изобары и изо­термы . Поскольку , то изотерма ле­жит правее изотермы . Следовательно, политропа «г-т» располо­жена правее изоэнтропы «г-Ts». В результате реальная работа расширения газа в турбине больше на величину дополнительной работы объемного расши­рения :

    4.26

Из этих рассуждений вытекает парадоксальный вывод: в турбине выгоднее реализовать несовершенный процесс расширения!!! Но это не так!

Из уравнения энергии, применительно к турбине, следует:

    4.27

(здесь принято )

Исходя из этого, можно записать, что:

    4.28

К сожалению, p-V-диаграмма не дает представления о соотношениях вели­чин и , поэтому и возникает видимость того, что в турбине политропи­ческий процесс выгоднее изоэнтропического. Для того, чтобы разо­браться в этом вопросе рассмотрим процесс расширения в T-S-диаграмме (ри­сунок 4.11).

Идеальный процесс расширения, происходя­щий без трения, на диаграмме изображается в виде вертикального отрезка «Г-Тs». Эта изоэнтропа располага­ется между двумя изоба­рами и , соответствую­щими началь­ному и ко­нечному давлению и двумя изотермами и .

 

Рисунок 4.11 - T-S диаграмма процесса расширения в турбине

Как отмечалось ранее, действительный процесс расширения со­провожда­ется потерями, в результате температура потока на вы­ходе из турбины в реаль­ном процессе будет больше, чем в идеальном. Таким образом точка «Т» соот­ветствующая концу ре­ального процесса сжатия будет располагаться на пересе­чении изобары и изотермы, соответствующей конечной темпе­ратуре , которая лежит выше изотермы Реаль­ное изменение состояния воздуха показывает политропа «Г-Т», принципиальное положение которой по­казано на рисунке 4.11.

В T-S диаграмме можно выделить площади соответствующие членам урав­нения (4.28). Тепло подведенное к газу равно площади под политропой «Г-Т» (фигура «e-f-Т-Г»). Поскольку в турбине тепло специальным образом не под­водится, то те­пло QГТ представляет собой тепло, выделавшееся в результате пре­одоления трения на участке «Г-Т». Отсюда следует, что ука­занная площадь равна работе на преодоление потерь . Сум­марная работа турбины равна вертикальной площади под изоба­рой (фигура «d-n-Г-е»). Анало­гично изоэнтро­пическая работа будет характеризоваться площадью «с-m-Г-е». Работа политропного расширения равна , что соответ­ствует площади фигуры «d-n-f-Г-Т». Сопос­тавляя члены уравнения (4.28) с установленными значениями пло­щадей нетрудно заметить, что работа объ­емного расширения равна площади фигуры «Т-Г-Тs».

Т–s– диаграмма полностью исключает эффект иллюзорности p-V- диа­граммы относительно того факта, что . Действительно на рисунке 4.11 четко видно, что . Таким образом для получения максимальной полезной работы в турбине следует стремиться к реализации изоэнтропиче­ского (эталонного) процесса расширения.

Процесс преобразования энергии в ступени турбины мо­жет быть представ­лен в более простой форме. Как неоднократно отмечалось, в турбине происхо­дит отбор энергии от нагретого сжатого газа. При этом процесс передачи энергии можно разложить на два этапа. На первом этапе энергия переда­ется от газа к лопаткам турбины, затем она через диски и валы передается потреби­телю.

В результате расширения газа в турбине выделяется мощность . Поде­лив ее на расход воздуха через турбину получим удельную работу, выделив­шуюся при расширении газа с начальной температурой от давления до давления :

    4.29

Данная работа является идеальной работой турбины – максимально воз­можной работой, которая может быть реализована в ней.

При передаче выделившейся мощности от газа к лопаткам часть энергии теряется на преодоление потерь в проточной части РК и СА . Дан­ные потери преобразуются в тепло, дополнительно нагревают рабочее тело, что позволяет получить в турбине дополнительную мощность . Газ поки­дает турбину со скоростью , что говорит о том, что часть энергии расшире­ния равная кинетической энергии , не была преобразована в полезную ра­боту на валу. Мощ­ность, дошедшая до рабочих лопаток, называется мощно­стью на окружности колеса . Если ее поделить на расход воздуха, то можно найти работу на окружности РК, которая согласно урав­нению момента коли­чества движения равна:

    4.30

Полученная лопатками энергия в дальнейшем передается потребителю. Часть мощности теряется с утечками рабочего тела в РЗ, которые проходят со входа на выход турбины минуя лопатки и не совершая полезная работы.

При этом часть ее теряется на преодоление трения диска о газ . Получен­ная мощность называется внутренней мощностью турбины . В даль­нейшем при передачи энергии по дискам и валам часть мощности расходу­ется на деформацию элементов ротора и преодоление трения в подшипниках

Оставшаяся мощность передается потребителю.

Описанный процесс преобразования энергии может быть изображен схема­тически. Баланс энергии в ступени турбины показан на рисунке 4.12.

  ®   ®   ®   ®   ®   ®   ®   ®  
    ¯   ­   ¯       ¯   ¯   ¯    
                 

 

Рисунок 4.12 – Баланс энергии в ступени турбины

Проведенный выше анализ позволяет выйти на понятие КПД турбины, ко­торый характеризует ее энергетическую эффективность. КПД турбины это от­ношение полезной работы к затра­ченной. Полезной работой является работа переданная потребителю . Затраченная работа – энергия, выделившуюся при расширении газа с начальной температурой от давления до давления

В отличие от компрессора в турбине выделяется несколько КПД:

Адиабатический КПД – оценивает гидравлическое совершенство турбины:

    4.31

Окружной КПД характеризует эффективность турбины по величине энер­гии переданной на лопатки РК. Он характеризует совершенство проточной части и учитывает потери с выходной скоростью:

    4.32

Внутренний (мощностной) КПД характеризует эффективность турбины по величине энергии переданной на выходной вал турбины:

    4.33

Именно этот тип КПД чаще всего применяется для оценки ее совершен­ства.

Полный КПД характеризует эффективность турбины по величине энергии, отданной потребителю:

    4.34

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Глава 4 – основные закономерности рабочего процесса турбины

Турбина это лопаточная машина в ко торой происходит непрерывный отбор энергии от сжатого и нагретого газа а также преобразование ее в... Рисунок Многоступенчатая паровая турбина...

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 ступени турбины и КПД турбины

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Принцип действия ступени турбины
Рассмотрим принцип действия турбины на примере ступени осевой турбины, схема которой приведена на рисунке 4.2. Выделим элементарную ступень толщиной dr турбины на произвольном радиусе (рисун

Изменение основных параметров по длине проточной части турбины
Рассмотрим, как и почему основные параметры потока меняются вдоль проточной части ступени тур­бины. Как было отмечено при объяснении принципа действия, межлопаточные каналы РК и СА турбины

Важнейшие кинематические параметры
  Рисунок 4.4 – План скоростей ступени осевой турбины 1. Окружная скорость на среднем диаметре . Ее величина в современных сту­пе­нях осевых турбин составляет 250.

Параметр нагруженности турбины
Важным кинематическим параметром является параметр нагруженности ступени:     4.10 где – усло

Коэффициент нагрузки ступени и диаграмма Смита
В кинематических расчетах может использоваться коэффициент нагрузки:   4.22 Если сравнить формулы

Изображение рабочего процесса в турбине на i-s диаграмме
Рассмотрим i-s-диаграмму процесса расширения газа в ступени турбины (рисунок 4.13).   Рисунок 4.13 i-s - диаграмма процесса расширения газа в ступени турбины

Понятие о степени реактивности
В ступени турбины происходит преобразование энергии выделавшейся при расширении нагретого газа. Оно происходит как в неподвижном СА, так и в РК. Оценка распределения работ расширения между РК и СА

Рабочий процесс в сопловом аппарате осевой турбины
Процесс течения газа в СА ступени турбины можно рассматривать как расширение рабочего тела в осесимметричном сверхзвуковом сопле. В то же время при расчeте параметров потока нельзя не учитывать ряд

Рабочий процесс в рабочем колесе осевой турбины
Рабочий процесс в РК отличатся тем, что происходит во вращающихся межлопаточных каналах. По этой причине расширение газа в РК можно рассматривать как в абсолютном, так и в от­носительном движениях.

Газодинамическая нагруженность лопаток турбины и выбор их числа
В межлопаточном канале турбины статическое давление и другие пара­метры меняются не только вдоль направления движения рабочего тела, но и в тангенциальном направлении. Контур распределения давления

Направление потока за лопаточным венцом турбины
В турбинных решетках угол выхода потока a1 (или b2) определяется в ос­новном соответствующими конструктивными углами a1 л (или b2 л

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги