Антиплагиат (1222360), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Скорость на выходеопределяется отношениями площадей критического сечения и выходного сечения, изменения давления не оказывают влиянияна скорость. Скорость на выходе можно менять при постоянной площади выходного сечения, изменяя площадь критическогосечения специальными механическими устройствами.[5]Выбираем дозвуковое сопло, которое имеет более простую форму, конструкц ию и прощ е изготовить.На рисунке 3.10 представлена схема дозвуковое сопло.Для расчета параметров сопла необходимо знать начальные параметры выходного пара.Рисунок 3.10 – Схема дозвуковое соплоПаровой расчетОпределение скорости потока пара на входе в сопло.Первоначально определяем скорость истечения пара из патрубка парогенератора.
Так для упрощ ения расчета пар считать идеальнымгазам и что вся тепловая э нергия предается воде.Массовый расход пара, выходящ его из патрубка парогенератора в 1 секунду:Δm=ρSv , 3.16где ρ - плотность пара, S – площ адь сечения патрубка парогенератора, v - скорость истечения пара.Такж е расход пара:Δm=Pr , 3.17где P - мощ ность подводимой теплоты, r - удельная теплота испарения воды при температуре 100 °С составляет 2,26 МДж /кг.Из уравнения Менделеева – Клапейрона:рV=mμRT , 3.18где р - давление, V – молярный объем, м - масса газа, μ - молярная масса воды составляет 18 г/моль, R - универсальная газовая постоянная составляет 8,31 Дж/(моль ∙ К), T - абсолютная температура.[17]Следует, что плотность пара:ρ=mV=рμRT , 3.19Подставив в формулу 3.16 формулы 3.17 и 3.19 выразив скорость истечения пара из патрубка парогенератора получим:v1=P∙R∙Tr∙р∙μ∙S1=2700∙8,314∙3732,26∙106∙1∙105∙18∙10-3∙0,0007=2,9 м/с.
(3.20)После чего пар поступает в паропровод имеющ ий сечения S2=5∙10-5м2.Из интеграла Бернулли уравнение неразрывности принимает вид:v1S1=v2S2. (3.21)Следовательно, скорость пара в паропроводе:v2=v1S1S2=2,9 ∙7∙10-45∙10-5=40,9 м/с.После пар поступает в пароперегреватель.Расчетная скорость пара в змеевиках пароперегревателя:http://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.23822467&repNumb=111/1317.06.2016Антиплагиатv3=Δm∙vсрf , (3.22)где Δm - расход пара, vср - средний удельный объем пара, f – площ адь ж ивого сечения для проходящ его пара.Расход пара определяется по формуле 3.16:Δm=ρS2v2=0,6∙5∙10-5∙40,9=0,0012 кг/с .Для определения удельного объема пара воспользуемся hs – диаграммой позволяющ ая определить теплофизические свойства воды иводяного пара в широкой области давлений и температур.На рисунке 3.11 изображ ены проц ессы перегрева пара в hs – диаграмме.Давление в парогенераторе р=101 кПа.Температура насыщ ения tн=100°С.Степень сухости влаж ного насыщ енного пара x=0,9По известным параметрам по hs – диаграмме находим начальный удельный объем пара в точке 1.
v1=1,2 м3/кгТемпература нагретого пара в пароперегреватели tп=200°С.Поскольку, в ц икле Ренкина проц есс прогрева пара изотермический то давление не изменяется.Находим удельный объем и э нтропию перегретого пара в точке 2. v2=1,5 м3/кг, s2=7,65 кДж /(кг∙К).Находим параметры пара на выходе из сопла точка 3. Проц есс расширения пара на выходе адиабатный так э нтропия не изменяется, адавление на выходе равно атмосферному ратм.=100 кПа.Определяем средний удельный объем в начале и конц е перегрева пара:vср=v1+v22=1,2+1,52=1,35 м3/кг . (3.23)Площ адь ж ивого сечения для проходящ его пара:f=0,785∙dвн2∙z , (3.24)где dвн - внутренний диаметр труб пароперегревателя, z - число параллельно включенных труб в нашем случаи равно единиц е.Тогда по формуле 3.22 определяем скорость пара в змеевиках пароперегревателя:v3=Δm∙vср0,785∙dвн2=0,0012∙1,350,785∙0,72=33,2 м/сРисунок 3.11 – проц есс перегрева пара в hs – диаграммеРасчет соплаДля определения размеров сопла риснок 3.10 необходимо найти:Критическую скорость потока:акр=2кк+1RгTн=2∙1,41,4+1∙287∙273=258,8 м/с , (3.25)где к=1,4 - показатель изоэ нтропии пара, Rг - удельная газовая постоянная пара, Тн - температура нагретого пара.Приведенная скорость потока:λ=v3акр=33,2 258,8=0,128 , (3.26)где v3 - скорость потока на входе равна скорости в пароперегреватели.Приведенная температура:τ=1-к-1к+1∙λ2=1-1,4-11,4+1∙0,1282=0,997 .
(3.27)Приведенное давление:рп=(τ)kk-1=0,9971,41,4-1=0,99 . (3.28)Приведенная плотность:ε=τ1к-1=0,99711,4-1=0,993 . 3.29Приведенный расход:q=к+121к-1∙λ∙1-к-1к+11к-1=1,4+1211,4-1∙λ∙1-1,4-11,4+111,4-1==0,2 . (3.30)Диаметр суж ения сопла:dкр=d1q=0,0070,2=0,004 м , (3.31)где d1 – внутренний диаметр паропровода.Длина суж ающ ей части сопла:lс=d1-dкр2tgα2=0,007-0,0042∙tg502=0,005 м , (3.32)где α - угол конусности суж ающ ей части сопла согласно практическим данным принимаем равным 50° .Определяем скорость потока из сопла. Так теоретическая скорость истечения пара из сопла:v4=2000∙Н0=2000∙2890-2885=99 м/с , (3.33)где Н0 – разность э нтальпий до и после сопла определяется по hs – диаграмме h2=2890 кДж /кг, h3=2885 кДж /кг.Скорость вращ ения рабочего колеса турбины:ω т=v4∙ƞ2∙π∙rт=99∙0,42∙3,14∙0,05=127 об/с , (3.34)где v4 – скорость потока пара попадающ его рабочие лопатки, rт - радиус рабочего колеса турбины, ƞ - КПД турбины.Так скорость вращ ения рабочего колеса турбины принимаемω т=7600 об/мин.Теоретическую механическую мощ ность турбины на валу рабочего колеса мож но определить:Nт=Δmh=0,0012∙2885=3,5 Вт , (3.35)где Δm - расход пара, h – э нтальпия пара в турбине принимаем равной э нтальпии на выходе из сопла.Сравнив с характеристиками генератора (рисунок 3.3) делаем вывод, что такой паровой генератор удовлетворяет требованиямнеобходимым для получения э лектрической э нергии.РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯПо результатам расчетов на чертеж е БР 13.03.02.025 001.
представлен сборочный чертеж микромощ ного автономного паровоготурбоэ лектрического генератора.Тепловой парогенерирующ ий котел состоит из парогенератора и пароперегревателя соединенных паропроводом. Такая конструкц ияимеет высоту 30 см, ширину 27 см, толщ ину 20 см. С учетом того, что парогенератор является неотъемлемой частью в путешествии, таккак является походной посудой для приготовления пищ и, то такие габариты являются приемлемыми.Тепловой э кран предназначен для защ иты генератора от перегрева. Выполнен из листа стали размерами 30x20 см.Гибкий термостойкий шланг длиной 1 м предназначен для легкого перемещ ения турбины в удобное место. Состоит из гофрированнойоц инкованной трубки, утепленной вспененным полиэ тиленом. Для ц ельности конструкц ии и защ иты поверх утеплителя намотанаизолирующ ая лента.Турбоэ лектрическая паровая турбина имеет высоту 12 см, ширину 20,8 см, толщ ину 20,8 см.
Состоит из деревянной подставки дляустановки турбины и генератора, закрепленного с помощ ью 4 упорных нож ек на болтах, находящ ихся на паровой турбине образуяж есткую конструкц ию.На чертеж е БР 13.03.02.025 002 показано внутренние устройство паровой турбины. Рабочее колесо крепится с помощ ью гайка –втулка к валу генератора с помощ ью резьбы. Корпус турбины имеет крышку, закрепленною с помощ ью болтового соединения, длявозмож ности доступа к рабочему колесу.На чертеж е БР 13.03.02.025 Э 03 показано э лектрическое подключение генератора к контроллеру зарядки – разрядки АКБ и нагрузки.Работа контроллера АКБ происходит в три стадии, которые выполняются автоматически в зависимости от фактического уровня зарядааккумулятора.Стадия накопление.
Когда АКБ получает полностью весь ток генератора.Стадия насыщ ения.http://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.23822467&repNumb=112/1317.06.2016ШИМ заряд. Когда напряжение наАнтиплагиат[22]АКБ [31]достигаетнапряжение за счет ШИМ тока заряда. Этоопределенного уровня, контроллер начинает поддерживать постоянное[22]позволяет избеж ать перегрева и газообразования в аккумуляторе. Ток уменьшается по мере заряда АКБ.Стадия равновесие. Когда АКБполностью заряжена, зарядное напряжение уменьшается для предотвращения дальнейшего нагрева или газообразования вбатарее.[22]Масса теплового парогенерирующ его котла и турбоэ лектрической паровой турбины не превышает 1 кг без учета массы бакапарогенератора.
Масса аккумулятора и контроллературбоэ лектрического генератора составляет 2,25 кг.заряда–разрядаАКБ1,25кг.ТакмассаавтономногопаровогоНа чертеж е БР 13.03.02.025 04 представлена таблиц а расчетной стоимости используемых э лементов.Себестоимость э лементов составляет 4500 рублей. Так, портативные зарядные устройства стоят порядка 3000 рублей, а аналогичныепо мощ ности портативные солнечные батареи 6000 рублей.ЗАКЛЮЧЕНИЕОсновной задачей выпускной квалификац ионной работы являлось изучение и проектирование микромощ ного автономного паровоготурбоэ лектрического генератора. Такж е, было сделано математическое обоснование возмож ности построения э кспериментальногообразц а, с ц елью углубления понимания проц ессов в нем.Произведен расчет парогенератора и пароперегревателя, произведен выбор паровой турбины, сопел.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
