Основные параметры, характеризующие работу турбомашины.

Основные параметры, характеризующие работу турбомашины.

 

Турбомашины - это устройства передающие энергию от двигателя жидкости или газу, при которой повышается давление этого газа или жидкости (либо создается разряжение), что может привести к вынужденной перекачке.

В турбомашинах (вентиляторы, насосы, компрессоры) при передаче работы не происходит изменение плотности рабочего тела если скоростьего не превышает 0,3с (скорости звука).

Основные параметры характеризующие работу:

Q – производительность (расход)

Р – давление

N – мощность

η – КПД

 

Q – характеризует интенсивность изменения количества, различают объемную, массовую и гравитационную производительность.

Q_V = V/t = [м³/с] или [л/с];

Q_m = m/t = [кг/с] или [т/ч];

Q_g = mg/t = [н/с].

V = m/ρ =[кг/(кг/м³)]

 

Р –давление – характеризует механическую энергию потока, отнесенную к его обьему.

Р = Е/V;

Е = Е_КИН + Е_ПОТ + Е_Рвн

Еυ = mυ²/2; Е_h = mgh; E_P = P_СТV

Р = mυ²/(2V) + mgh/V + P_СТV/V; m = Vρ, тогда

Р = ρυ2/2 + ρgh + Р_СТ ; [кПа]

 

Напор – Н [ м. ст. ж.]

Н = Е/mg = P_СТ/(ρg) + h + υ²/2g

 

Мощность – характеризует интенсивность выполнения работы

N = A/t = Q_VP [(м³/с)·Н/м²] = [Дж/с] = [Вт]

N = Q_gH [(н/c)·м = Вт]

			N4

 

 

N2

N3

Дв

Q1,P1

 

Мощность на валу гидравлической машины

N_ВГМ = ·U_Л ·I_Л ·η_ДВ·cos φ

cos φ = Na/No,

где Nо – общая мощность, Nа – активная мощность.

 

КПД гидравлической машины

η = N/N_ВГМ

 

Потери энергии в нагнетательных машинах.

 

Потери энергии в нагнетательных машинах можно представить в виде 4 слогаемых:

- Гидравлические

- Обьемные

- Тепловые

- Механические

ŋ = ŋ_г · ŋ_о · ŋ_т · ŋ_м

 

η_г = Н/Н_т = Р/Р_т = 1- ΔР/Р_т

Н,Р – действительный напор и давление;

Нт,Рт – теоретический напор и давление.

ΔР – потери, связанные с трением рабочего тела, с его утечками через неплотности.

 

ŋ_о = Q/Q_т = (Q_т – q)/Q_т = 1-q/Q_т

 

Q – действительная производительность;

Q_т – теоретическая производительность;

q = Q_т – Q – утечки.

 

η_м = 1- N_ТР/N_ВГМ

 

N_ТР – потери мощности на трение

N_ВГМ – мощность на валу гидравлической машины.

 

ŋ_т = 1-С_VQ_Т(t_К - t_Н)/N_ВГМ

 

C_V – среднемассовая изохорная теплоемкость.

 

3 Устройство и принцип действия лопастных турбомашин.

 

Центробежной:

1. – вал

2. – рабочее колесо

3. – кожух

4. – входной (всасывающий) патрубок

5. – выходной (нагнетательный) патрубок

Через вал 1 передается механическое усилие от привода (электродвигателя) на рабочее центробежное колесо 2. Движение рабочего колеса (против часовой стрелки на рисунке слева) приводит в движение потоки воздуха. Под действие центробежных сил потоки воздуха прижимаются к кожуху и создающийся при этом вакуум, ближе к центру колеса, засасывает воздух через входной патрубок 4 с параметрами Q₁ и P₁. Двигаясь по расширяющейся окружности воздух выходит через выходной патрубок с параметрами Q₂ и P₂. При этом производительность (расход) Q₁ > Q₂ из-за потерь через неплотности, а давление P₂ > P₁.

 

Осевой:

1. – рабочее колесо

2. – вал

3. – передний обтекатель

4. – коллектор

5. – корпус (кожух)

6. – спрямляющий аппарат

7. – задний обтекатель

8. – выходной диффузор

В идеале расход на входе и на выходе не меняется, Q₁ = Q₂, а давление на выходе больше чем на входе P₂ > P₁.

 

 

План скоростей в рабочем колесе центробежной и осевой турбомашины.

 

Центробежная машина

 

U₁ – окружная скорость на входе рабочего колеса

W₁ - относительная скорость (по касательной к лопатке)

С₁ – абсолютная скорость

Абсолютную скорость можно представить в виде двух составляющих:

 

 

С_r – радиальная составляющая

С_U – окружная составляющая скорости

С_r = С · sin α

С_U = С ·cos α

U - С_U= С_r · ctg β

U = С_r · ctg β + С_U

U = RW

Осевая машина

 

 

 

t – шаг решетки

В – ширина решетки – это расстояние измеренное от одной кромки до другой.

Са = С₁ - скорость притекания

δ= βr - β₁΄ - угол атаки

U – окружная скорость

С_U – скорость закручивания

Βср = (β₁΄ + β₂΄)/2

Wср = Са/ sin βср

Са = (U – Cu/2) · tg βср

С_U = (2U · tg βср)/(2 - tg βср)

Принято делить все решетки на 3 группы. Мерой разделения является окружная скорость на входе и выходе.

Если относительная скорость на входе > чем на выходе – диффузорная – больше статическое давление.

Если W₁ = W₂ активные.

Если W₁ < W₂ конфузорная решетка, большая производительность, но но меньшее давлении (статическое).

 

Многоступенчатое сжатие.

Тк = Тн (Рк / Рн)

 

Т мах ≤ 170°С - сжимаемого газа

t _{вспышки} – показатель который показывает температуру при которой происходит вспышка без наличия открытого огня.

 

Рк / Рн	n = 1,25	1,35
	64°С
	144°С
	171°С
	182°С

 

Рн = 0,1 МПа

Тн = 295 К

 

 

9 ¹ – 8 – 5 – 2 – изотерма

9 ¹¹ – 6 ¹¹ – 3 – 2 – адиабата

10 – 1 – 2 – 9 ¹¹ – площадь работы одноступенчатого компрессора

В идеале лучше если T5 = Т8 = Т1

S ₁₂₃₄ = S ₄₅₆₇ = S _{789 10} - совершенная работа над газом – мах кпд в каждой ступени

 

ε = Рк / Рн

ε₁ = ε₂ = ε₃ =

ε_к = Р₁₀ / Р₁

 

Охлаждение сжимаемого газа.

 

Вся работа сжатия преобразуется в тепло

Qc=m*c_v*(Tк-Тн)*(n-к)/(n-1)=m*c_v*Tн*[(Pк/Рн)^(n-1)/n – 1] + (n-к)/(n-1), Дж

m – массовая сжимание газа, c_v – теплоемкость ср. массовая (изохора), Tк-Тн – кон. и нач. тем-ра до и после сжимания воздуха, n-к – показатель политропны и адиабаты,

Знак минус(-) говорит что работа совершается под газом

Вся работа сжатия превращается в тепло.

q_пх=m*Cp(Тн-Тх) – в пром. холодильнике давление постоянное

Тн- на выходе из цилиндра (начальная)

Тх - конечная температура сжимаемого газа из холодильника.

q_вр=m_в*С_в*(t_2в-t_1в)- теплота водяной рубашки.

t_{1в –} начальная температура охлаждающей воды

(t_2в-t_1в)≤15⁰С

t_2в≤40⁰С

q_к=q_c*η_цк*К

η_цк – полное число цилиндров компрессоров

Vв=q_к/(1000*m_к*Св*(t_2в-t_1в)), м³/кг

Qв=(q_к*Qк*0,072)/ (m_к *Св*(t_2в-t_1в)), м³/ч

[Qк]- м³/мин

q_к- количество теплоты выделяющие по всему компрессору.

Nq=(Qк*ρ1*Ср*(Тн-Тх))/60, Вт

Nq- тепловая мощность.

Fпх=Nq/(Kт*tcр), м² – площадь промежуточного охладителя

tср = (tн-tх- t_2в-t_1в)/2

Kт=40-60 Вт/ м²×К.

 

Парциальный подвод пара

Парциальность:

,где

z_c- число каналов сопловой решетки к которой подводится пар.

l =1

Все сектора пропускают

четные сектора пар не пропускают.Увеличена высота лопаток.

Вар.1.Пар в виде утечек.

Вар.2.Пар подается ч/з сопла в канал.

Вар.3.По входной и выходной кромке завариваются отверстия => лопатки будут больше

1 2 3

,где _в-потери на вентиляцию, сег- сегментные потери.

 

1.

m-число венцов

2.

ч/з сопло

3. -заварено

,

B₂-ширина РР, i- число раб.групп каналов,в кот. подводится пар.

относительный лопаточный КПД.

m=1 m=2

Полуторный подвод пара

Перегородкак делит посередине лопатку на верхний и нижний ярус.G^вя=G^ня, P^вя₁=P^вя_1(z-1)

P^вя_1(z-1)< P^ня_{1(z-1), Δ}P^вя=1=2-1

(P_0(z-1)=2 и P_к=1).Высота лопатки l_2(Z)=0.8-0.9l_2(Z-1)

К-50-8,8-3

Одноцилиндровая турбина (ЦВД). На входе имеется регулирующая ступень, а за ней еще 22 ступени всего 23 ступени.

К-100-8,8-6

 

ЦНД двух поточный после 20 ступени пар переходит в ЦНД где с двух сторон по 5 ступеней.

Всего ступеней 25.

К-125-12,8

Двухцилиндровая, однопоточная.

Движение пара в цилиндре навстречу друг другу это позволяет уменьшить осевую нагрузку. Турбина без пром перегрева.

К-200-130

ЦВД, ЦСД –однопоточные навстречу друг другу.

ЦНД- двухпоточный.

К-300-240

ЦВД- возвратно поточный

В части ЦВД-12 ступеней. В ЦНД -5 ступеней.

 

К-1200-240

ЦВД- возвратно поточный

ЦСД, ЦНД- двухпоточный

Т-100/120-130 ( Давление сверхвысокое )

Отборы на регулирования в цилиндре предусмотрены.

А теплофикационные отборы регулир. в ЦСД.

В ЦСД только ступени давления, Р- регулирующая ступень.

Т-250/300-240

Эклектическая мощность в номинальном режиме 250.

Давление сверхкритическое.

Всего 31 ступень.

К1300-26,5-60 ( АВВ- Швейцария )

К-10000-24,1-50/25

(Япония, Мицубишин)

Уменьшение частоты позволяет увеличить мощность.

 

 

Основные параметры, характеризующие работу турбомашины.

 

Турбомашины - это устройства передающие энергию от двигателя жидкости или газу, при которой повышается давление этого газа или жидкости (либо создается разряжение), что может привести к вынужденной перекачке.

В турбомашинах (вентиляторы, насосы, компрессоры) при передаче работы не происходит изменение плотности рабочего тела если скоростьего не превышает 0,3с (скорости звука).

Основные параметры характеризующие работу:

Q – производительность (расход)

Р – давление

N – мощность

η – КПД

 

Q – характеризует интенсивность изменения количества, различают объемную, массовую и гравитационную производительность.

Q_V = V/t = [м³/с] или [л/с];

Q_m = m/t = [кг/с] или [т/ч];

Q_g = mg/t = [н/с].

V = m/ρ =[кг/(кг/м³)]

 

Р –давление – характеризует механическую энергию потока, отнесенную к его обьему.

Р = Е/V;

Е = Е_КИН + Е_ПОТ + Е_Рвн

Еυ = mυ²/2; Е_h = mgh; E_P = P_СТV

Р = mυ²/(2V) + mgh/V + P_СТV/V; m = Vρ, тогда

Р = ρυ2/2 + ρgh + Р_СТ ; [кПа]

 

Напор – Н [ м. ст. ж.]

Н = Е/mg = P_СТ/(ρg) + h + υ²/2g

 

Мощность – характеризует интенсивность выполнения работы

N = A/t = Q_VP [(м³/с)·Н/м²] = [Дж/с] = [Вт]

N = Q_gH [(н/c)·м = Вт]

			N4

 

 

N2

N3

Дв

Q1,P1