Нагнетатели и тепловые двигатели

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нагнетатели

1. Общие сведения о нагнетателях, их классификация и область применения

Нагнетатели - это машины в которых механическая энергия приводного двигателя преобразуется в энергию движения потока жидкости.

Классификация: нагнетатель механический вакуумметрический

1. По виду перемещаемой жидкости:

1) Насосы- служат для перемещения капельных несжимаемых жидкостей.

2) Вентиляторы и компрессоры- служат для перемещения газообразных сжимаемых жидкостей.

(степень сжатия) е = - у вентилятора

е > 1,15 - у компрессора

2. По принципу действия и конструктивным особенностям

Размещено на http://www.allbest.ru/

3. ГОСТ 17398-72* Нагнетатели

1) Динамические нагнетатели - передача энергии происходит под влиянием сил действующих на поток жидкости в рабочих камерах постоянно соединенных с входом и выходом.

2) Объемные нагнетатели - энергия передается потоку жидкости в рабочих полостях, периодически изменяющих свой объем и попеременно сообщают с входом и выходом.

Область применения:

1) Теплоэнергетика (ТЭС, котельные)

2) Строительство (Компрессоры)

3) Металлургия

4) ЖКХ

5) Транспортировка (Нефть, газ)

2. Понятие гидравлическая сеть и потери давления в сети

Гидравлическая сеть- это система трубопроводов, запорно-регулирующей арматуры (ЗРА) и аппаратов в котором работает нагнетатель.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1. Гидравлическая сеть

1-Исходный резервуар;2-Приемный Резервуар; 3-Трубопроводы;4-Закрепочно-регуляторная архетектура;5-Нагнетатель(насос);

1) ?=б, Па

б= 0,11

где: Re= , н-кинематическая вязкость

l- длина трубопровода(м)

щ-скорость жидкости()

d- диаметр (м)

с- плотность

2) ?=Уж?, Па

ж-безразмерная величина

3) = , Па

4) =сg, Па

5) =, Па

? и ? - это переменные, зависящие от скорости жидкости

щ=, - объемные расход жидкости

Q=,

F - cечение трубопровода

? = (б + Уж+1)+(

?

y= a+b

Размещено на http://www.allbest.ru/

3. Основные параметры работы нагнетателей

К основным параметрам относятся:

1. Подача

2. Давление

3. Напор

4. Мощность

5. КПД нагнетателя

6. Высота всасывания

1) Различают, объемную подачу (Q):

Q=, и массовую подачу,

M=Q?с, .

2) Давление создаваемое нагнетателем - это превращение энергии в виде силы, с которой жидкость давит на единицу площади

, Па

- это абсолютное давление жидкости на входе и выходе из нагнетателя

- это высота точек замера давлений , отсчитанное от произвольной горизонтальной плоскости

- это скорость на входе и выходе

3) Напор - это высота, на которую может быть поднят 1кг. Жикости засчет создаия в ней энергии; это удельная энергия жидкости отнесенная к единице ее веса

H= , м

4) Мощность

Размещено на http://www.allbest.ru/

= , Вт

Полезная мощность - это кол-во энергии передаваемое в нагнетатель единицу массы жидкости в единицу массы времени

, Вт

5) КПД

КПД гидравлическое учитывает потери мощности на преодоление гидравлического сопротивления в нагнетателе.

Объемный КПД, учитывает утечки жидкости через различные неплотности.

Механическое КПД - это потери энергии в подшипниках нагнетателя.

6) Высота всасывания:

Различают геометрическую и вакуумметрическую высоту всасывания

Вакуумметрическая высота всасывания - это разность абсолютного давления на поверхности источника и на выходе в насос допустимого по условиям кавитации

, м

Геометрическая высота всасывания - это высота на которую может быть поднята насосом жидкость по входному трубопроводу без возникновения в нем кавитации

- это гидравлические потери напора во входном патрубке насоса

- это разность геометрических отметок уравнения жидкости в источнике и оси насоса.

4. Центробежные насосы и вентиляторы

Схема и принцип действия центробежного насоса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Центробежный насос состоит из вала 1, надетого на него колеса 2, спирального корпуса 6, всасывающего 7 и напорного патрубков 8.

Рабочее колесо 2, состоит из двух дисков один из которых ведущий 3, а второй ведомый 4, соединенных между собой зажатыми лопастями 5.

Перед пуском насоса, корпус и всасываемый патрубок заполняют жидкость, при вращении вала жидкость зажатая в насосе увлекается лопастями и под действием центробежных сил движется от центра рабочего колеса к периферии. В следствии этого в центре колеса возникает разряжение, под действием которого жидкость из всасывающего патрубка непрерывно всасывается в колесо. На выходе с рабочего колеса, жидкость приобретает кинематическую энергию, ее скорость составляет 20-80 , что выше допустимого по условиям гидравлического сопротивления ( не более 3-х). Для преобразования кинематической энергии в потенциальную, насос оборудуется спиральной камерой, сечение которой увеличивается по направлению движения жидкости, а так же на входе устанавливается диффузор.

5. Основы теории центробежных машин

Задачей теории является: определение зависимости напора развиваемого рабочим колесом от скорости жидкости и от размеров рабочего колеса. Для определения данной зависимости вводят ряд упрощений:

1) Поток жидкости является плоским

2) Поток жидкости состоит из множества струй

3) Все струи в потоке геометрически и кинематически одинаковы

Все эти упрощения возможны при бесконечном количестве лопастей, причем лопасти не имеют толщины.

1-параметры входа w; 2-параметры выхода w;w-угловая скорость;u-окружная скорость рабочего колеса;W-относительная скорость жидкости; б-угол между С и U;С-абсолютная скорость жидкости; Сu-проекция скорости на окружность; Сг-радикальная проекция абсолютной скорости;R1-радиус входного сечения;R2- радиус выходного сечения.

Применим к потоку жидкости уравнение момента количества движения жидкости:

*импульс момента внешних сил, действующих на массу, равен изменению момента количества движения этой массы.



- плечо скоростей

(1.2)

Уравнение Эллера

Если на входе в рабочее колесо отсутствует направляющий аппарат, то скорость направлена радиально.

(1.3)

Проанализируем уравнение 1.3:

Напор при бесконечном количестве лопастей зависит:

1. От окружной жидкости на выходе ( пропорционально наружному диаметру и числу оборотов .

2. От проекции абсолютной скорости на окружную скорость (которая обратно пропорциональна углу и прямо пропорциональная лопастному углу ).

В действительности напор будет меньше теоретического по следующим причинам:

Напор будет меньше:

Действительный напор определяется по уравнению

(1.4)

6. Типы лопастей и их влияние на напор центробежной машины

Существует 3 типа лопастей:

1. Лопасти отогнутые назад

2. Радиальные

3. Лопасти отогнутые вперед

Размещено на http://www.allbest.ru/

Преобразуем уравнение 1.3 с использованием лопастного угла :

Размещено на http://www.allbest.ru/

L-ширина меж-дискового пространства

Обозначим:

(1.5)

7. Напорная теоретическая характеристика насоса

1. При < 90 (лопастей отогнутых назад) ctg > 0 и с увеличением подачи Q, напор уменьшается.

2. При радиальных лопастях c увеличением подачи, напор остается постоянным.

3. При отогнутых вперед лопастях , при увеличении подачи, напор будет увеличиваться.

На практике предпочтительно применять лопасти отогнутые назад, т.к. каналы образованные этими лопатками получаются более плавными и => гидравлические потери в них будут меньше, а так же в лопатках загнутых вперед возникают потери связанные с преобразованием динамического напора в статический.

В центробежных насосах применяют углы

8. Характеристики центробежных машин

Характеристикой нагнетателя называется - графическая зависимость:

1. Напора от подачи H=f(Q)

2. Зависимость мощности от подачи N=f(Q)

3. Зависимость КПД от подачи з=f(Q)

Существуют теоретические характеристики полученные на основании аналитической зависимости и действительной характеристики нагнетателей полученные опытным путем

1) Теоретические характеристики:

А) Напорная (уравнение 1.5)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Б) Мощностная

Размещено на http://www.allbest.ru/

2) Действительные характеристики:

А) Напорная

Будет лежать ниже теоретической напорной характеристики на величину потерь на трение проточной части нагнетателя и потерь на удар при входе потоком в рабочее колесо.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Существует 3 вида действительной напорной характеристики:

- резко падающая

- пологая (насосы применяют при незначительном изменении напора и большом изменении подачи)

- возрастающая (возрастание напора при подаче)

Размещено на http://www.allbest.ru/

*насосы с такими характеристиками имеют такую нерабочую зону в которой работает неустойчиво, поэтому они должны работать только с подачей превышающей значение QА.

Размещено на http://www.allbest.ru/

) Мощность холостого хода - это затраты мощности на циркуляцию жидкости в проточной части нагнетателя

Б) Энергетическая характеристика



Размещено на http://www.allbest.ru/

Режимы работы насоса с max з называются оптимальным т.е. с наименьшими энергозатратами.

В справочной литературе все три характеристики представлены в одной сводной характеристике:

Размещено на http://www.allbest.ru/

9. Подобие центробежных машин. Формула пропорциональности. Коэффициент быстроходности

При конструировании новых центробежных машин широко применяется моделирование, т.е. создание модели с соблюдением законов подобия.

По теории подобия две машины гидродинамически подобны если соблюдать следующие условия

«М» - модель, «Н» - натура.

1. Геометрическое подобие

Наружный диаметр

2. Кинематическое подобие

3. Равенство углов в сходственных точках и равенство КПД

Формулы пропорциональности (пересчета):

А) Подачи:

Б) Напора:

В) Мощности:



Коэффициент быстроходности - это число равное частоте вращения машины, геометрически подобной данной, но имеющей подачу 1 и напор 0,102м в режиме max з.

,

Если две машины имеют разные параметры, подачу Q, напор H, частоту вращения n, но одинаковый коэффициент быстроходности, то такие машины считаются подобными.

10. Совместная работа нагнетателя и сети. Рабочая точка

Для определения рабочих параметров нагнетателя, при работе его на заданную сеть, широко применяется графический метод, сущность которго заключается в совмещении напорной характеристики нагнетателя и гидравлической сети, построенных в координатной системе HQ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Точка пересечения двух характеристик определяет местоположение рабочей точки координаты которой позволяют определить рабочие параметры.

11. Регулирование подачи центробежных машин

Задачей регулирования подачи является обеспечение в гидравлической сети количества жидкости необходимого потребителя.

1. дросселирование

2. метод изменения частоты вращения вала

3. паралельная работа нескольких нагнетателей

4. метод применения специальных направляющих аппаратов

5. обрезка рабочих колес

1) заключается в прикрытии дросселя, установленного на напорном трубопроводе нагнетателя.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Достоинства:

· простота и дешевизна осуществления регулирования.

Недостатки:

· регулирования осуществляется только в сторону уменьшения подачи

· при регулировании подачи снижается КПД установки

· требуются дополнительные затраты мощности на преодоление сопротивление дросселя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применяется для нагнетательных установок силы и мощности N<50кВТ

n1< n2< n3< n4

С увеличением частоты вращения вала нагнетателя меняется и подача увеличивается.

Достоинства:

· регулирование осуществляется в обе стороны (уменьшение/увеличение)

· при регулировании КПД меняется незначительно

· самый энергоэффективный способ регулирования

Недостатки:

требуют дорогих электроприводных установок или гидромуфт и вариаторов.

Применяется для нагнетательных установок большой мощностью N>50КВТ.

2) Регулирование осуществляется отключением или включением в работу одного или нескольких нагнетателей, соединенных между собой параллельно.

3) в соответствии с уравнением Эппера

Напор нагнетателя зависит от условий входа потока в рабочее колесо.

Угол входа потока в рабочее колесо можно изменить установкой перед основным рабочим колесом, дополнительное рабочее колесо называется специальным рабочим аппаратом, который бывает двух конструкций радиальный и осевой

1. Осевой рабочий аппарат

2. Радиальный направляющий аппарат

Обрезка рабочих колес заключается в уменьшении рабочего диаметра рабочего колеса D2, путем обточки его на токарном стонке.

=; =

Эти зависимости получены опытным путем.

*Если обрезка не очень большая и составляет 10% то кпд (з) необрезанных и обрезанных колес приблизительно одинаково.

Данный способ регулирования позволяет расширить область применения центробежных насосов для работы на заданную сеть.

12. Параллельная и последовательная работа нагнетателей

Параллельная работа применяется для гидравлических сетей имеющих переменный график расхода жидкости и не имеющие аккумулирующие емкости.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рассмотрим 2 варианта работы нагнетателя на данную сеть.

1)работает один нагнетатель

2)работает несколько нагнетателей соединенных параллельно

1) Нагнетатель должен быть выбран на подачу не меньше Qmax и иметь возможность глубокого регулирования подачи до Qmin .

При регулировании появляются дополнительные потери энергии и значительно снижается КПД.

Для надежной и бесперебойной работы установки, необходимо предусмотреть 100% резерв.

2)Суммарная подача нагнетателей соединенных параллельно, должна быть равна Qmax.. Регулирование подачи в сторону уменьшения осуществляется отклонениям одного или нескольких нагнетателей, при этом КПД снизится незначительно и аварийный резерв составляет 50 и менее %.



Q=QI+QII

H=HI=HII=const

Построил совместную характеристику двух разных насосов соединенных параллельно.

Размещено на http://www.allbest.ru/

*параллельное соединение применяется для гидравлических с незначительным гидравлическим сопротивлением (пологая характеристика сети).

13. Последовательное соединение

Применяется для создания больших давлений в гидравлической сети.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

h = h1 + h2; Q = Q1 = Q2 = const

Построим совместную характеристику двух разных насосов, соединенных последовательно.

Последовательное соединение применяется для сетей с большим гидравлическим сопротивлением, т.е. большой протяженности и сложной конфигурацией.

14. Поля рабочих параметров нагнетателей

При регулировании подачи насосов меняется и их КПД. Работа насосов с низким КПД не выгодна, поэтому ГОСТом регламентировано дополнительное отклонение кпд от максимального значения.

Для насосов знас = 7%

Для вентиляторов звент = 10%

= 0,93 зmax - насос

= 0,9 зmax - вент.

Если на напорной характеристике насоса выделить область значения работы с дополнит. КПД, то получим поле рабочих параметров.

1) n = const 2) n = var



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Если в системе координат H от Q изобразить поля рабочих параметров насосов, то получим сводный график полей рабочих параметров.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

15. Кавитация насосов

Давление жидкости в насосах неодинаково в различных его точках.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Наименьшее давление наблюдается на вогнутой стороне лопасти, а наибольшее на переферии рабочего колеса. Т.В.

Если давление жидкости в т.А окажется равным или менее давления насыщения в соответствующей температуре перекачки жидкости, то жидкость зеленеет.

При выносе паровых пузырьков в область сильного давления происходит их конденсация (всхлапывание)

При всхлапывании сила удара состоит. несколько МПа. Если всхлапывание происходит на поверхности лопости, то происходит разрушение материала лопасти.

Всхлапывание пузырьков - кавитация.

При кавитации снижается КПД.

Внешние признаки кавитации:

1) шум и треск аппарата

2) повышенный уровень вибрации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Регулирование подачи осевых нагнетателей.

1) Изменение частоты вращения вала

2) Поворот рабочих лопастей

3) Применение специальных направляющих аппаратов

4) Дросселированние

16. Вихревые нагнетатели

Схема и принцип действия.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рабочее колесо 5 с плоскими радиальными лопастями6, образующие криволинейные каналы 7 охватывается кольцевым отводом 4. Разделитель 2, входящий в отвод, служит для разделения всасывающего 3 и нагнетательного 1 патрубков. В жидкости заполнившей центробежные силы, вызывающие непрерывное движение из каналов 7 в отовд 4. В виду неразрывности течения жидкость втекает из 4 в 7, таким образом образуется вихревое течение. Кроме того в отводе возникает тангенциальное течение. В отводе под действием сил трения просиходит перераспределение энергии между жидкостью вынесенной из 7 и жидкостью в отводе.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применяются в качестве самовсасывающих устройств для центробежных насосов. В качестве насосных установок для перекачки летучих жидкостей, охлажд. насосов два (двигатель внутреннего сгорания), компрессоров, холод. машин и т.д.

У вихревых насосов при малых подачах резко возрастает напор, что обусловлено превышением скорости давления потока над скоростью движения жидкости.

КПД насоса с увеличением подачи увеличивается и при необходимом значении расхода достигает максимума.

Мощностная характеристика имеет почти линейную зависимость.

Такие насосы должны запускаться только при полностью открытой задвижке.

Способы регулирования подачи:

1) Изменение частоты вращения вала рабочего колеса

2) Дросселирование потока на выходе

3) Перепуск части жидкости обводную трубу

17. Объемные нагнетатели

1) Поршневые насосы

Принципиальная схема действия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

При движении поршня 2 в цилиндре 1 вправо полость цилиндра заполняется жидкостью поступающего и всасывающего патрубка 6 через всасывающий клапан 4, при этом давление в клапанной коробке 5 линия сетки 4 составляет Р1(линия 1-2).При достижении поршня крайнего правого положения клапан 4 закрывается и в цилиндре давление возрастает до Р2 и данный процесс называется повышение давления (линия 2-3) затем поршень меняет свое положение на противоположное. Под разностью давления открывается напорный клапан 5 и происходит вытеснение жидкости. Через патрубок 7, данный процесс называется нагнетание (линия 3-4). При достижении поршнем крайнего левого положения движение резко падает до Р, клапан 5 закрывается, процесс называется понижение давления (линия 4-1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Индикаторная диаграмма показаний меняется давление в ходе движения поршня. А площадь 12341 показывает работу поршня за два хода отнесен в 1 м2поверхности поршня

В действительности индикаторная диаграмма имеет резкие колебания давления в начале процесса всасывания и нагнетания, обусловленное инерцией клапанов.

По форме или по виду индикаторной диаграммы можно определить неисправности в работе поршневых насосов. Подсосов воздуха с жидкостью, на вытеснение воздуха в процесс нагнетания. Нарушения сплошности жидкости.

18. Подача поршневых насосов. Ее регулирование и ее хар-ки

Подача поршневого насоса зависит от конструктивных характеристик и частоты хода поршня.

Q = м3/ч

Д - диаметр поршня (м)

S - ход поршня (м)

n - число двойных ходов поршня в минуту (об/мин)

з0 - объемный КПД насоса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Q= м3/ч

d - диаметр штока 1 (м)

1. Регулирование подачи - изменением частоты вращения вала

2. Изменением хода поршня - это перестановка кольца кривошипа в прорези цепи кривошипа

3. Изменение объемного КПД - это управление посадкой клапанов во время очередных ходов поршня

!!! Дросселированние или способ регулирования поршневых насосов не применяется

Из-за неравномерности работы кривошипно-шатунного механизма поршневого насоса возникает неравномерная подача, которая имеет синусоидальную зависимость от угла поворота кривошипа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Меры снижения неравномерности:

1) Применение насосов двухстороннего действия

2) Применение многоцилиндровых поршневых насосов

3) Установка воздушных клапанов на всасывающих напорных патрубках

Основной характеристикой поршневых насосов является зависимостьдавления созданная насосом от подачи.

Теоретически подача поршневого насоса с заданными геометрическими размерами не зависит от давления, а изменяется в зависимости от частоты вращения вала.

Размещено на http://www.allbest.ru/

В действительности при высоком давлении подача насоса будет уменьшаться вследствии увеличения утечек жидкости.

2) Тепловые двигатели

Понятие тепловые двигатеои и их классификация.

Тепловой двигатель (ТД) - это машина в которой потенциальная энергия рабочего тела преобразуется в механическую энергию вращения вала.

Существует 5 типов ТД

1 тип - паровая машина (двиг. эл.является поршень)

2 тип - паровая турбин

3 тип - газовые турбины изучим в курсе данной

4 тип - двигатели внутреннего сгорания (ДВС) дисциплины

5 тип - реактивные двигатели

1. Паровые турбины

Классификация паровых турбин и их маркировка

I. По назначению:

1. Энергетичексие (являются приводом эл.генератора вал в общую энергосистему)

2. Промышленные турбины (служат для выработки эл.энергии и снабжение теплом потребителя

3. Вспомогательные турбины (является приводом насосов или воздуховодов)

II. По параметрам пара:

а) По начальному давлению пара

1. До критического давления P0<Pпр = 22,129 МПа

2. До сверх критического давления P0?Pпр

б) По наличию промежуточного перегрева пара

1. С промежуточным перегревом

2. Без промежуточного перегрева

III. По конструктивным особенностям:

1. По количеству цилиндров (одноцилиндровые/многоцилиндровые)

2. По количеству валов (одновальные/многовальные)

3. По количеству ступеней (одноступенчатые/многоступенчатые)

IV. По осуществлению теплового процесса

1. Конденсационные (пар отработанный в турбине направляется в конденсатор и давлениеотработанного пара меньше атмосферного)

2. Противодавленческие (отработанный пар в турбине P>Pатм, направляется к тепловому потребителю)

V. По направлению движения пара

1. Перпендикулярно оси вала

2. Аксиальные (Параллельно вала турбины)

VI. По способу преобразования тепловой энергии в мехаическую

1. Активные (расширение пара происходит только на неподвижных элементах)

2. Реактивная турбина (расширение происходит как в неподвижных лопастях, так и в подвижных)

3. Калибр турбины, в которой первая ступень является активной

Маркировка см.приложение 5

Цикл Ренкина. Технико-экономические показатели КТУ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1-2 нагрев; 2-3 - кипение; 3-4 - перегрев; 4-5 - расширение; 5-6 - конденсация; 6-1 - работа насоса

зi = = = = =



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Потери в проточной части турбины учитывают относительное внутреннее КПД турбины (з0i)

з0i = =

- температурный перепад в турбине

=

з0i = 0,86…0,88

Абсолютно-внутренний КПД

зi = = = з0i• зt

N0 = G •

Ni = G • = G • •з0c

Ne = Ni - ?NH

N0 - теоретическая мощность турбины

Ni- внутренняя мощность турбины

Ne - эффективная мощность



Размещено на http://www.allbest.ru/

зм = = 0,97…0,99

зое =

зе=

Nэ = Nе- ?Nэг

зэг = = 0,96…0,99

зоэ =

зэ = зt + зоэ

1. Удельные показатели

1) dэ = = (кг/кВт•ч) (сколько нужно затратить пара, чтобы произвести 1 час эл.энергии)

2) q2 =

2. Турбинная ступень

Принцип действия турбинной ступени и процессы расширения в HS-диаграмме.

Турбинной ступенью называется совокупность неподвижной (силовой) решетки и подвижной (рабочей) решетки.

Схема турбинной ступени.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Сопловая решетка представляет собой систему силовых каналов (3), размещенных в диафрагме (2), которая крепится в теле корпуса (1). Рабочая решетка турбинной ступени представляет собой рабочие лопатки (7), размещенные в теле диска (6), размещенных на валу. В местах где неподвижные части соприкасаются с подвижными частями имеются зазоры через которые протекает пар на совершенную работу (утечки) в этих местах установлены лабиринтовые уплотнения (4) диафрагменные уплотнения, (9) под бандажные уплотнения.

Принцип действия:

Пар со скоростью С0поступает в сопловой канал, где потенциальная энергия пара преобразуется в кинетическую энергию, т.е. скорость на выходе из канала С1>>C0с высокой скорость С1 пар под определенным углом попадает к рабочим лопаткам, где за счет разности давлений на выпуклой и вогнутой сторонах, т.е. на рабочей решетке кинетическая энергия пара переходит в механическую энергию.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Hor - располагаемый теплоперепад в рабочей решетке

Hoc- располагаемый теплоперепад в сопловой решетке

Hoc = h0 - h1t

Пар с начальными параметрами p0, h0, t0 поступает в сопловую решетку. В сопловой решетке происходит расширение пара до давления p1. Процесс 0-1t- идеальное расширение для сопловой решетки.

В результате расширение пара в сопловой решетке происходит потеря энергии, называется потерями сопловой решетки (?Hc), действительный процесс расширения проходит по линии - 0-1. Пар с параметрами в точке 1 поступает в рабочую решетку, где расширяется до давления p2.

Процесс 1-2t- расширение идеальное в рабочей решетке. При движении пара в рабочей решетке возникает потеря энергии, называется потерями в рабочей решетки (?Hp). Процесс 1-2 - это действительное расширение пара в рабочей решетке ступени. Пар поступает покидает ступень со скоростью С2и если энергия этой скорости не используется в последующих ступенях, является потерями с выходной скоростью (?Hвс). Lст - это полезная работа ступени.

Истечение пара из сопловых каналов

Для процессов, происходящих в турбине, характерны высокие скорости пара (околозвуковые скорости). Эти процессы происходят в соответствии с первым законом термодинамики

q = ?U + L

Размещено на http://www.allbest.ru/

Работа турбины состоит из 3 составляющих

L = Lтехн + Lсп + Lпр

Lтехн- техническая работа имеет место только для подвижных каналов, а для неподвижных = 0

Lсп- работа, затрачиваемая на изменение скорости

Lсп=

Lпр- работа проталкивания

Lпр= L1 - L0 = p1V1 - p0V0

q = (U1 - U0) = + Lтехн+ (p1V1 - p0V0)

h = U + pV

q = (h1 - h0) + Lтехн+

Для неподвижных сопловых решеток процесс процесс расширения происходит быстро, т.е. теплообмен с окружающей средой отсутствует q=0, и тогда уравнение первого закона термодинамики примет вид:

h0 - h1 =

из этого уравнения следует, что движение пара вдоль неподвижного канала, изменение его энтальпии влечет за собой изменение кинетической энергии.

Теоретическая скорость выхода из сопловых каналов

С1t = 44,7 м/с

Степень реактивности ступени

Степень реактивности - отношение располаг.теплоперепада рабочей решетки к располагаемомутеплоперепаду всей ступени.

с = =

Различают некоторое количество ступеней:

1) Чисто активное с=0, =0, =

Размещено на http://www.allbest.ru/

2) Активная ступень 0<с?0,25

Размещено на http://www.allbest.ru/

3) Реактивная ступеь с?0,5

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разделение ступеней на активные и неактивные справедливо лишь для ступеней малой высоты. Для больших ступеней меняется по высоте реактивное сопротивление.

Относительно-лопаточный КПД ступеней (формулы)

Исходя их уравнений можно сделать вывод, что относительно-лопаточное КПД характеризуется качеством выполнения турбинных решеток и потери с выходной скоростью. Построим зависимость относительно-лопаточного КПД от относительной скорости.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Потери в сопловой рабочей решетке слабо зависят от отношения скорости Хф, а потери с выходной скоростью определяют параболический характер кривой КПД от Хф. Таким образом, имеется некое оптимально отношение скоростей, при котором КПД будет максимальным.

Т.к. окружная скорость U ограничена прочностью вращения деталей, то ограниченной будет и эффективная скорость Сф. Для получения большихтеплоперепадов турбину выполняют многоступенчатой.

2. Задача

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задача 4

Рассмотрим треугольник скоростей для чистоактивной ступени.

Размещено на http://www.allbest.ru/

щ1 = щ2; в1 = в2

Величина окружного деления возникает на диске.

Если уменьшить теплоперепад ступени и оставить неизменным б1и определить скорость, то треугольник скоростей изменяется.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Из нового треугольника скоростей видно, что оружное усилие уменьшилось, однако экономичность ступени возросла, вследствие уменьшения потерь с выходной скоростью С2. При дальнейшем уменьшении теплоперепада С2 будет уменьшаться и примет минимальное значение при б2 = 90єС и такой треугольник является оптимальным.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для обеспечения максимальной экономичности ступени она должна быть спроектирована таким образом, чтобы окружная скорость рабочих лопаток была в 2 раза меньше скорости выхода пара из сопловой решетки.

U = ; Сф(1) =

= 0,55…0,65

= 0,42…0,55

Потери энергии в паровой турбине

1) Внутренние потери (оказывают влияние на состояние рабочего тела)

2) Внешние потери (не оказывают влияние)

Внутренние потери:

1) Потери в клапанах.

Происходят при прохождении пара …. и регулирующего клапанов. Процесс связан с дросселированием пара.

ДP .. (3…5)P0

Снижается тепрлопередача турбины.

2) Потери в сопловых клапанах.

Это потери кинетической энергии, возникщей при протекании пара в профиле сопловой решетки (трение частиц пара о стенки сопел и относительно друг друга), поворота струи пара, вихревых движений и кольцевых потерь). Эти потоки скорости учитываются скоростным коэффициентом сопел «ц» = 0,93…0,975

Действительная скорость выхода пара из …… будет определяться:

С1 = ц - C1t (м/с)

Потери энергии в …. (формула)

3) Потери энергии в каналах рабочей решетки.

Связано с потерей кинетической энергии. Учитывается скоростным коэффициентом каналов ш = 0,87…0,975

Действительная относительная скорость выхода пара с рабочих каналов будет определяться по формуле: (2 формулы)

4) Потери с выходной скоростью

Если выходная скорость С2 не …… по ходу ступени, то является потерями с выходной скоростью (формула)

5) Потери на трение диска

Между вращением диска и окружности его паром возникает трение, на преодоление которого затрачивается энергия. (формула)

Затраты энергии (формула)

Относительные потери на трение (формула)

6) Потери от порциальности подвода пара.

Порциальность подвода пара - это подвод не по всей окружности, а только к часте дуги окружности.

а) потери на вибрацию. Возникают из-за перемещения пара рабочими лопатками вне активной дуги подвода.

б) потери на выколачивание. Возникают из-за необходимости удаления из рабочих каналов при подходе к активной дуге неработающего тела. (формула)

7) Потери через внутренние зазоры ступени.

Связано с утечками пара через зазоры (формула)

8) Потери от влажности пара.

Последние ступени ТЭС работают на влажном паре, крупные капли влаги, содержащиеся в паре, протекают по траекториям отличным от траекторий движения пара и оказывают тормозящий эффект. (формула)

9) Потери в выхлопном патрубке турбины.

Для того чтобы переместить пар из турбины в конденсатор, ему необходимо сообщить скорость Сп = (60…120). Для этого необходимо создать перепад давления. Возникшее давление и будет являться потерями в выхлопном патрубке.

Внешние потери:

1) Потери на утечке пара через кольцевые зазоры пара.

2) Механические потери. Потери энергии в подшипниках турбины, генератора и насосов системы смазки регулирующей турбины.

Размещено на Allbest.ru

...