Вторник, 24.04.2018, 17:17
Газовые и паровые турбины ТЭС, ТЭЦ, АЭС
Приветствую Вас Гость | RSS
Главная | Техническая книга online | Регистрация | Вход

Меню сайта

Cветодиодное освещение

Мини-чат



Наш опрос

Стоит развивать "Online литературу"?
Всего ответов: 650




Главная » 2.3 Определение размеров сопл при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях
2.3 Определение размеров сопл при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях
15:19
Процесс изменения параметров пара при расширении без учета потерь энергии происходит по адиабатному закону pvk=const и изображается линией AD на h,s-диаграмме (рис. 2.4).

Рис. 2.4  h, s-диаграмма процессов изменения параметров пара при его расширении без учета потерь энергии и с учетом их
В действительном процессе необходимо учитывать потери энергии. В этом случае процесс расширения пара приближенно подчиняется уравнению политропы
(2.30)
Показатель политропы n для каждого конкретного случая течения должен иметь вполне определенное значение, зависящее от сил трения, но он всегда больше показателя изоэнтропы k, т. е. n > k . Этот формальный прием значительно облегчает математическое исследование различных случаев течения пара с учетом вязкости. Однако следует иметь в виду, что применение eго имеет ограничения, так как действительный процесс при течении с трением не является строго политропным.
Таким образом, из-за действия сил трения при течении пара часть механической энергии превращается в теплоту трения. В результате энтропия газа при его теплоизолированном течении возрастает и в этом случае процесс в h,s-диаграмме изображает¬ся кривой АС. Как видно из рис. 2.4 при одинаковом перепаде давлений (р0—p1) энтальпия в конечном состоянии при течении с трением (точка С) будет больше энталь¬пии в конечном состоянии при течении без трения (точка D).
Из уравнения сохранения энергии (2.15) следует, что располагаемый теплоперепад
(2.31)
больше действительного теплоперепада
(2.32)
на значение потерь энергии
(2.33)
Отношение скорости пара c1 в действительном процессе АС к теоретической скорости пара c1t в идеальном (т. е. протекающем без трения) процессе AD, происходящих при одинаковом перепаде давлений, называют коэффициентом скорости
(2.34)
Из уравнения сохранения энергии
где  — так называемый располагаемый  теплоперепад по параметрам торможения.
Таким образом, для определения скорости течения пара при наличии трения нужно вычислить скорость иде¬ального течения и умножить полученное значение на коэффициент скорости φ. Коэффициенты скорости в разных соплах различны, и их значения определяют опытным путем. Для сопл сов¬ременных турбин они изменяются от 0,95 до 0,98.
При течении пара часть его кинетической энергии вследствие действия сил трения необратимо превращается в теплоту, выделяющуюся в поток. Эта теплота компенсирует уменьшение внутренней энергии пара, т. е. повышает его температуру и работу расширения. Часть теплоты трения, затрачиваемая на работу расширения пара, преобразуется в энергию его движения, а остальная часть является потерей полезной работы.
Потерю кинетической энергии или располагаемого теплоперепада при течении с трением определяют по уравнению:
(2.35)
Величину, характеризующую потерю работы из-за действия сил трения, называют коэффициентом потери энергии
(2.36)
откуда потеря располагаемого теплоперепада        
(2.37)
При обтекании паром стенки канала, в частности турбинной лопатки, влияние вязкости, а следовательно, и сил трения обычно ограничивается небольшой зоной непосредственно возле стенки. Вдали от стенки силы трения можно не учитывать. Очевидно, и это подтверждается опытами, что скорость потока в этой зоне должна изменяться от нуля на стенке, где поток как бы «прилипает» к ней и полностью заторможен, до скорости в так называемом ядре потока, где влияние сил трения практически не сказывается.
Тонкий, прилегающий к стенке слой потока, в котором скорость изменяется от нуля, что соответствует условию прилипания, до значения, соответствующего движению без трения, называют пограничным слоем. Пограничный слой тем тоньше, чем меньше вязкость. Так как внутри пограничного слоя в направлении, перпендикулярном движению, скорость изменяется довольно быстро, то даже при очень малой вязкости здесь возникают такие силы трения, которые сравнимы с силами инерции и поэтому не могут быть отброшены. В то же время вдали от стенок силы трения по сравнению с силами инерции ничтожно малы.
В зависимости от режима течения различают ламинарный и турбулентный пограничные слои. При ламинарном течении слои пара перемещаются параллельно, не перемешиваясь. Турбулентное течение сопровождается сильным перемешиванием движущегося пара, в котором наблюдаются пульсации скорости. Примеры распределения скоростей в ламинарном (кривая 1) и турбулентном (кривая 2) пограничных слоях показаны на рис. 2.5.

Рис. 2.5 Распределение скоростей в ламинарном и турбулентном пограничных слоях
Основным критерием, определяющим влияние вязкости, в частности режим (турбулентный  или  ламинарный) пограничного слоя и его толщину, является безразмерное число Рейнольдса, или число Re:
(2.38)
где с — скорость потока, х — характерный размер обтекаемого тела (например, хорды лопатки), ν — кинематическая вязкость пара.
При решении практических задач для большей части потока вне пограничного слоя используют уравнения движения без учета сил трения (уравнения идеального газа). Зону пограничного слоя рассчитывают по полуэмпирическим уравнениям, учитывающим влияние сил трения, которые зависят от числа Re.
Определение размеров сопловых и рабочих решеток турбин в основном базируется на двух уравнениях: неразрывности и сохранения энергии. Как правило, скорости определяют по уравнениям идеального газа, а силы трения учитывают введением в уравнение неразрывности коэффициента расхода μ.
Сопловые (и рабочие) каналы в турбинах образуются определенным образом установленными лопатками, которые составляют кольцевую сопловую решетку. В турбинах применяют сопловые решетки как с полным подводом (рис. 2.6,а), в которых лопатки расположены по всей окружности, так и с парциальным (рис. 2.6,б), в которых лопатки размещаются только на части окружности. Две соседние лопатки высотой 1 показаны на рис.2.6, в.

Рис 2.6 Расположение каналов по окружности сопловых решеток с полным (а) и парциальным (б) подводами пара, две соседние лопатки (в), устанавливаемые в этих решетках.
Расстояние, на котором располагаются по отношению друг к другу лопатки, образующие канал, называют шагом t решетки (рис. 2.10, в). Если средний диаметр решетки обозначить d, то степень парциальности
(2.39)
где z — число лопаток (каналов).
Таким образом, как следует из формулы (2.41), степень парциальности — это отношение длины дуги, занятой сопловыми лопатками, к длине окружности, на которой они расположены. Очевидно, что при полном подводе пара степень парциальности е = 1 и произведение шага решетки на число каналов равно длине окружности: zt=πd.
Для определения размеров решеток необходимо правильно выбрать соответствующие профили лопаток и рассчитать высоту их выходного сечения. Решетки с дозвуковым течением пара (рис. 2.6, в) имеют площадь выходного сечения, равную произведению ширины минимального сечения а, называемой горлом канала, на высоту 1. В таких решетках
(2.40)
где α1э — эффективный (геометрический) угол выхода потока из решетки.
Площадь сопловой решетки определяют по уравнению неразрывности
(2.41)
Удельный объем v1t и скорость с1t пара можно определить по изоэнтропному процессу (см. точку D на рис. 2.4). В частности, удельный объем v1t — по h,s-диаграмме или по уравнению изоэнтропы, а скорость c1t — по формуле (2.31). Зная площадь на выходе из сопловой решетки
(2.42)
можно определить высоту лопаток
(2.43)
Как уже отмечалось, при дозвуковом течении (ε> ε *)  расширение пара происходит в сужающейся части сопла. При этом давление р1 в минимальном сечении О - А сопла (рис. 2.7) равно давлению за ним.

Рис. 2.7 Расширение пара в косом срезе сопла
Критическую скорость за соплом скр = а получают в сечении О - А при отношении давлений, равно¬му критическому  ε = ε* . В дозвуковом потоке (ε >=ε*) косой срез сопла ОАВО служит только для направления потока пара под углом α1э .
В сверхзвуковом потоке (ε ‹ ε *)  расширение пара до критического давления pкр также происходит в суживающейся части сопла. При этом в сечении О—А сопла устанавливается критическая скорость пара, а его дальнейшее расширение от ркр до р1 происходит в косом срезе ОАВО. В этом случае поток перестает быть симметричным относительно оси сопла.
Для выяснения явлений, происходящих в косом срезе, рассмотрим отдельные струйки потока. Часть потока у кромки в точке О попадает из области с давлением ркр в сечении ОА в камеру за соплом с давлением p1<ркр. Расширение пара происходит в камере за соплом от давления ркр до р1. Часть потока у поверхно¬сти лопатки АВ расширяется от давления ркр до давления в точке В так же, как в сопле Лаваля, т. е. по мере движения потока давление постепенно снижается от pкр до р1. При этом тепловая энергия потока преобразуется в кинетическую (поток ускоряется).
Соединив точки с одинаковыми давлениями, получим   пучок  изогнутых изобар, которые собираются в точке О, где давление резко изменяется от ркр до р1.
В сверхзвуковом потоке, как отмечалось, площадь сечения струи в соответствии с уравнением неразрывности должна увеличиваться. Поскольку в косом срезе сопла поток па¬ра ограничен только с одной стороны поверхностью АВ, увеличение его площади возможно лишь при увеличении угла поворо¬та от α1э до α1Э+δ. Угол отклонения потока δ можно рассчитать следующим образом.
Расходы пара в сечениях О—А и В—С одинаковы и составляют
(2.44)
где Fmin и F1 — площади в сечениях О - А и В - С.
При одинаковой высоте решетки в сечениях О - А   и  В - С их площади прямо пропорциональны ширине сопла:
(2.45)
Из треугольников ОАВ и ОВС определим
(2.46)
По формулам (2.46), (2.47) и (2.48) можно определить угол выхода потока из сопла
Зная угол выхода сверхзвукового потока из сопловой решетки, можно по формуле (2.43) определить ее высоту l1 .

Категория: Кострыкин В.А., Шелепов И.Г. 2007 | Просмотров: 1900 | Добавил: turbin | Рейтинг: 1.0/2 |


Форма входа



Поиск



Реклама

Open

Статистика


Светодиодное освещение
Спутниковый Gps Трекер Спот
SPOT Satellite GPS Messenger


Онлайн всего: 2
Гостей: 2
Пользователей: 0


Copyright MyCorp © 2018