лекции коня кгмту. ЛЕКЦИИ КОНЯ ЭЛЕКТРОНН(ВРУЧНУЮ ИЗ ТЕТРАДКИ) 1-10. Лекция 1 Раздел 1 Циклы и тепловые схемы турбинных установок Классификация судовых турбомашин 1

• Название: Лекция 1 Раздел 1 Циклы и тепловые схемы турбинных установок Классификация судовых турбомашин 1
• Анкор: лекции коня кгмту
• Дата: 13.05.2022
• Размер: 7.76 Mb.
• Имя файла: ЛЕКЦИИ КОНЯ ЭЛЕКТРОНН(ВРУЧНУЮ ИЗ ТЕТРАДКИ) 1-10.docx
• Тип: Лекция; #527679
• страница: 3 из 3

Закон обращения воздействий – устанавливает связь между формой канала, его назначению и режимом работы.

Уравнение неразрывности в диф. форме:


В соплах вся располагаемая работа расходуется на изменения внешней кинетической энергии



Элементарная располагаемая работа равна:



Скорость звука зависит от скорости деформации сплошной среды её можно выразить из уравнения:

- скорость деформации сплошной среды



Тогда: из уравнения (2) и (3):



Уравнения (5) в уравнение (4):



Подставим (6) в выражения (1):



- уравнение закона обращения воздействия


Сопло


1) - докритический (или дозвуковой) режим




2) - сверхкритический режим




Диффузор – в нем, часть внешней кинетической энергии преобразуется во внутреннюю энергию рабочего тела с повышением давления и температур.
-

1) - докритический режим


2) - сверхкритический режим


Установ связь между формой канала, режимы работы и его назначение.
Комбинированные сопла или сопло Ловаля
На практике в тепловых машинах нередко требуется разность поток от докритической скорости до сверхкритической.

Для этих целей согласно закону воздействий применяют «комбинированные сопла»


V – удельный объем (комбинированного сопла)
В дозвуковой или докритической части комбинированного сопла интенсивности нарастания скорости превышает интенсивность прироста удельного объема, связи с этим имеет место сужения дозвуковой части сопла.

В сверхзвуковой части сопла интенсивность увеличения удельного объема превышает интенсивность увеличения скорости в результате чего сверхкритическая часть сопла расширяется.

Изотропное течение газа в каналах
Изотропное течение газа соответствует идеальному режиму течения, при котором отсутствуют необратимые потери энергии.

Течения в турбинных ступенях соответствуют адиабатному режиму течению по причине кратковременности пребывания частички рабочего тела проточной части, когда теплообменом между этой частицы и окружающей среды можно пренебречь.

Располагаемая работа соплового аппарата:



L_а1 – адиабатная работа





Уравнение (1) справедливо как для реального рабочего тела, так и для идеального газа. Однако наибольшее использование нашли для реальных рабочих тел, т.к. значений энтальпий можно взять с диаграмм и таблиц.



Для газов которые по своим свойствам близки к идеальному газу используется соотношение, полученное в термодинамике при исследовании термодинамических процессов идеального газа для адиабатного процесса.

Для газов:


Уравнение (5) используется для вычисления теоретического расхода при заданной площади сечения или для нахождения при заданном теоретическом расходе, - для докритического режима течения

- это для сверхкритического течения
Действительные режимы течения в соплах

Действительные режимы течения сопровождаются необратимыми потерями энергии:

1) На трение;

2) Срывные потери;

3) Завихрение;

4) И другие потери энергии связанные с конструкции канала.

При этом часть располагаемой работы затрачивается на преодоление указанных потерь энергии, в результате чего действительная скорость истечения сопла будет меньше теоретической скорости.

Для оценки эффективности работы вводится коэффициент скорости сопла – :



Где L_01П – это та доля располагаемой работы, которая пошла на повышения внешней кинетической энергии потока.

– это потерянная энергия, которая была потрачена на 1) 2) 3) 4)

- полезное; - потерянная энергия.



– Коэффициент потерь энергии в соплах.

Эффективность работы сопла можно оценить с помощью его КПД



КПД сопла равен коэфф скорости в квадрате.

В результате трения в соплах выделяется теплота (теплота трения), которая воспринимается потоком рабочего тела, при этом повышается его внутренняя энергия и соответственно энтальпия.
см рис 1
Площадь проходного сечения сопла определяется по параметрам состояния в конце действительного процесса расширения. 0-1.

Для реальных рабочих тел параметры состояния 1 определяются с помощью диаграмм.



Поделив уравнение (8) каждое слагаемое на Ср получим:



Замечание: все рассуждения, приведенные в двух последних разделов справедливы для рабочего аппарата вращающего вместе с ротором, но для относительного движения.

Коэффициент скорости :


Лекция – 10

Расширение рабочего тела в косом срезе в лопаточном аппарате

- опред основные особенности в расширении косом срезе
В турбинах решетки происходит поворот рабочего тела. Угол поворота может достигать 135°.

Самое узкое место межлопаточного канала АВ называется «горлом».

Пространства ограниченное треугольной призмой турбиной решетки АВС называется «косым срезом».

Косой срез представляет усеченную часть расходящийся части сопла Лаваля.

При определении параметров рабочего тела в косом срезе происходит дополнительное расширение потока рабочего тела, что позволяет получить дополнительную энергию или мощность.

Рассмотрим 5 случаев работы косого среза.

1) - - не работает

Во всём межлопаточном канале от входного до выходного сечения скорость потока меньше критической. Масимальное значение достигается в горле, в косом срезе рабоч тело двидется по инерции и косой срез не работает!

2) - - не работает

В этом случае в горле канала скорость потока становиться критической, но располагаемой работы для решетки не достаточно для дополнительного расширения рабочего тела в косом срезе. В косом срезе рабоч тело движется по инерции с критической скоростью, косой срез не работает.

3) - частично

- это степень расширения турбинной решетки, когда расширение рабочего тела заканчивается на границе СА.

Расширение рабочего тела заканчивается на промежуточной характеристики АЕ. Скорость потока за решеткой становиться больше критической и одновременно с увеличением скорости в косом срезе имеет место поворот потока увеличением угла выхода.

В данном случае используется частичная расширительная способность косого среза.

4) - полное

Расширение рабочего тела заканчивается на границе АС, в косом срезе идет дополнительный разгон потока от сечения АВ, до сечения АС, при этом вектор скорости дополнительно поворачивается на угол (эта); В этом случае в полном объеме используется расширительная способность косого среза.

5) - не достаточное

В этом случае расширительной способности на косом срезе недостаточно для эффективного использования расширительной способности косого среза. При этом часть располагаемой работы идет на образование вихрей за турбиной решетки которые накладываются на основное сечение. За турбиной ступенью имеем вихревое сечение раб тела.

Изменение угла выхода потока из соплового аппарата приводит к образованию углу атаки при обтекании лопаток рабочего аппарата.

Горло канала АВ = О

Шаг АС = t



Уравнение расхода для горла и шага



- формула Бэра

Современные турбинные решетки позволяют при полной расширительной способности косого среза обеспечить число маха .

Сверхзвуковые турбинные решетки:


Обтекание турбинных решеток профилей


Длина выпуклой поверхности больше вогнутой.

Согласно з. Бернули:



Рассмотрим относит. давление по поверхности турбин. профиле:





Потери энергии в турбинных решетках



- Продолжительные потери энергии – это те, которые имеют место при обтекании профиля турбинной лопатки.

- Кольцевые потери энергии – это дополнительные потери энергии, которые имеют на торцевых ограничивающих поверхностях и при взаимодействии пограничных слоев образованных на турбинных лопаток и на торцевых ограничивающих порерхностях.

- Потери взаимодействия решеток.

Предыдущая по потоку турбинная решетка создает возмущения для потока последующий турбинной решетки, в результате этого КПД следующей трбин решетки снижается.


Профильные потери энергии – складываются из:

1) Потерь трения;

2) Потерь кромочных;

3) Срывных потерь энергии;

4) Волновых потерь энергии.


Потери энергии от трения
Реальные рабочие тела обладают вязкостью, а реальные поверхности шероховатостью. При взаимодействии потока с поверхностью около поверхности образуется гидродинамический пограничный слой.



На выпуклой поверхности турбинного профиля имеет место интенсивное утолщения пограничного слоя вследствии высокой кривизны поверхности где существенное влияние на поток оказывают силы инерции.

При приближении к выходной кромки по выпуклой поверхности имеет тенденцию уменьшение толщины пограничного слоя в связи с поджатием потока вогнутой поверхностью соседней лопатки. И далее в пределах косого слоя наблюдается дальнейшее утолщение пограничного слоя.

На вогнутой поверхности имеет место, местное взбухания пограничного слоя вызванное потормаживанием потока выходной кромкой профиля.

Толщины пограничного слоя зависит от соотношения сил вязкости и сил инерции рабочего тела, а так же режимом течения. (ламинарный и турбулентный)

Сопловых лопаток:

Рабочих лопаток:

b₁ - Хорда профиля

c₁ - Скорость на выходе из турбинной решетки

V₁ - Коэффициент киниматической вязкости

Существенное влияние на потери на трение показывают шероховатость поверхности лопаток.

При эксплуатации ГТД на поверхности образует нагар, который сущесв повышает потери на трение и …?? занижает КПД турбин в связи с этим газовые турбины промывают.
Кромочные потери энергии

Входные и выходные кромки турбинных профилей выполнены по радиусу окружности, это сделано для исключения концентрации напряжения в лопатках.

В ПТУ минимальный диаметр выходной кромки лопатки составляет 0,3 мм, а в ГТ – 1 мм, что связано с тем, что газовые турбины работают при высоких температур рабочего тела, и для обеспечения заданного срока эксплуатации лопаток требуется отводить теплоту от выходной кромки в основное тело лопатки.