ВКР Шапетько Готовй (1222361), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

В случае малых размеров турбин возникает серьезное технологически трудное изготовление колеса с каналами двоякой кривизны при слишком малых размерах сечение этих каналов и толщин лопаток.

У центробежных турбин поток движется от центра к периферии. Такие турбины имеет малое практическое применение в паровых турбинах имеет. Эти турбины получили широкое применение в водяных или газовых насосах.

Центробежные турбина с направлением потока рабочего тела к центру. Преимущества центростремительных турбин в ступени можно срабатывать больший теплоперепад, чем в ступени осевой турбины, более высокая прочность и надёжность, изготовление радиальных турбин проще и дешевле, чем осевых. Недостатком является сложность компоновки в системе двигателя и сложность создания многоступенчатых турбин с радиальными ступенями. Наиболее часто центростремительные турбины применяются в установках с малым расходом рабочего тела.

Совокупность неподвижных насадок и рабочих лопаток, в которых происходит двойное преобразование энергии пара, определяется ступенью турбины.

Активная ступень равного давления, в которой расширение пара происходит в соплах или в каналах между неподвижными направляющими лопатками, давление пара перед и за лопатками в этом случае одинаково.

Реактивная ступень избыточного давления расширение пара совершается в направляющих каналах и между рабочими лопатками, давление в реактивной ступени перед рабочими лопатками больше, чем за ними.

Имея одно сопло и несколько рабочих лопаток. Расширение пара происходит в сопле и каналах между неподвижными направляющими лопатками.

Конструктивное исполнение центростремительная турбины активно-реактивная одноступенчатая ​​равного давления.

Такая конструкция имеет более простую форму рабочего колеса. Также такую форму предлагают выбрать и по целесообразности малых оборотов относительно других у которых скорость рабочего колеса порядка

обр/мин.

Расчет лопаток рабочего колеса.

Характерная особенность таких турбин являть малая длина лопаток порядка:

. (3.10)

Отношения закругления лопатки к расстоянию между ними:

Форма лопатки полукруглая. На рисунке 3.5 изображена схема действия центробежной силы частиц пара на рабочую лопатку активной ступени.

Рисунок 3.5 – Схема действия центробежной силы пара на рабочую лопатку

Струя пара поступает на рабочую лопатку полукруглой формы со скоростью V_н. В канале между лопатками пар совершает криволинейное движение и, изменяя направления движения, уходит со скоростью V_к.

Движение струи пара по криволинейному каналу лопаток сопровождается действием центробежных сил частиц пара на эту поверхность. Центробежные силы выделенных частиц пара а, б и в обозначены на рисунке векторами Р. Согласно законам механики их можно разложить на составляющие: Р_а, направленные по оси турбины, и Р_u, направленные по направлению движения лопаток. При этом составляющие Р_а вследствие симметричной формы профиля лопаток взаимно уничтожаются, а составляющие Р_u суммируются и совершают работу перемещения лопатки. Такая форма является оптимальной.

Для закругленных лопаток на практике применяют отношение:

Диаметр рабочего колеса определяется по готовой турбине, которая имеет 50 мм и будет увеличена в два раза.

На рисунке 3.6 изображена схема геометрических параметров лопаток турбин.

Рисунок 3.6 – Схема геометрических параметров лопаток турбин

Диаметр рабочего колеса 0,1 м. Высота рабочей лопатки из формулы 3.10 принимаем . По формуле 3.12 определяем закругление лопатки:

.

По формуле 3.9 определяем расстояние между рабочими лопатками:

Определяем периметр рабочего колеса:

где - радиус рабочего колеса.

Определяем количество рабочих лопаток:

Принимаем .

Одной из основных деталей турбины является ее корпус. Обеспечивающий улучшенную передачу скоростного потока пара рабочему колесу. В корпусе размещены пароподводящие и пароотводящие каналы, закреплены сопловые аппараты, имеются также патрубки для отборов пара. На рисунке 3.7 изображена схема геометрических параметров корпуса турбины.

Рисунок 3.7 – Схема геометрических параметров корпуса турбины:

1 – корпус турбины; 2 – сопловой разъем; 3 – рабочее колесо.

Из практики в ряде случаев при малой мощности и расходе газа становиться целесообразным турбины с одиночными соплами.

Зазор между корпусом и рабочей турбиной из практического опыта определяется по:

Следовательно:

Принимаем зазор .

Схема одноступенчатой центростремительной турбины показана на рисунке 3.8. Пар поступает в неподвижную насадку сопло и в результате расширения преобразует свою потенциальную энергию в кинетическую, приобретая большую скорость. Далее пар поступает в каналы рабочих лопаток и в результате поворота струи возникает динамическое давление па лопатки, под действием которого вращается диск турбина.

Сечение А – В вид сверху турбина закрытая крышкой с пароотводящим каналом. А – С внутреннее устройство турбины, включающие рабочее колесо. С – В дно турбины с неподвижной насадкой сопло.

Рисунок 3.8 – Схема геометрических параметров корпуса турбины:

1 – насадка сопло; 2 – рабочие лопатки; 3 – рабочие колесо; 4 – пароотводящий канал.

1. Выбор сопла

Сопло канал переменного по длине поперечного сечения, предназначенный для разгона жидкостей или газов до заданной скорости и придания потоку заданного направления. Служит также устройством для получения газовых и жидкостных струй. Поперечное сечение сопла может быть прямоугольным, круглым, иметь форму кольца или произвольную форму, в том числе форму эллипса.

Сопло широко используются в технике в паровых, водяных и газовых турбинах, в ракетных и воздушно-реактивных двигателях, в газодинамических лазерах, в магнитогидродинамических установках, в аэродинамических трубах.

В соплах происходит непрерывное увеличение скорости жидкости или газа в направлении течения от начального значения во входном сечении сопла до наибольшей скорости на выходе. При движении по соплу внутренняя энергия рабочего тела преобразуется в кинетическую энергию вытекающей струи, сила реакции которой, направленная противоположно скорости истечения. В силу закона сохранения энергии одновременно с ростом скорости в соплах происходит непрерывное падение давления и температуры от их начального значений во входном сечении сопла до наименьшего значений в выходном.

На рисунке 3.9 изображены параметры рабочего тела по мере прохождения через сопло. Пунктирной линией обозначено сужение сопла.

Площадь его поперечного сечения уменьшается с увеличением скорости. В дозвуковом сопле площадь поперечного сечения уменьшается для получения необходимого разгона жидкости или газа. В сверхзвуковом сопле площадь поперечного сечения сначала уменьшается, но потом на выходе расширяется.

В дозвуковом сопле давление на выходе равняется давлению окружающей среды. Скорость сначала возрастает на выходе, но с достижением давлением определенной величины стабилизируется и остается постоянной.

Рисунок 3.9 – Параметры рабочего тела по мере прохождения через сопло

Средняя скорость течения в дозвуковом сопле равняется скорости звука, и дозвуковое сопло становится звуковым — такая скорость называется критической.

Сверхзвуковое сопло имеет такую же форму, что и критическое, у него самое узкое поперечное сечение. Скорость на выходе определяется отношениями площадей критического сечения и выходного сечения, изменения давления не оказывают влияния на скорость. Скорость на выходе можно менять при постоянной площади выходного сечения, изменяя площадь критического сечения специальными механическими устройствами.

Выбираем дозвуковое сопло, которое имеет более простую форму, конструкцию и проще изготовить.

На рисунке 3.10 представлена схема дозвуковое сопло.

Для расчета параметров сопла необходимо знать начальные параметры выходного пара.

Рисунок 3.10 – Схема дозвуковое сопло

1. Паровой расчет

Определение скорости потока пара на входе в сопло.

Первоначально определяем скорость истечения пара из патрубка парогенератора. Так для упрощения расчета пар считать идеальным газам и что вся тепловая энергия предается воде.

Массовый расход пара, выходящего из патрубка парогенератора в 1 секунду:

где - плотность пара, – площадь сечения патрубка парогенератора, - скорость истечения пара.

Также расход пара:

где - мощность подводимой теплоты, - удельная теплота испарения воды при температуре 100 составляет 2,26 МДж/кг.

Из уравнения Менделеева – Клапейрона:

где - давление, – молярный объем, - масса газа, - молярная масса воды составляет 18 г/моль, - универсальная газовая постоянная составляет 8,31 Дж/(моль К), - абсолютная температура.

Следует, что плотность пара:

Подставив в формулу 3.16 формулы 3.17 и 3.19 выразив скорость истечения пара из патрубка парогенератора получим:

После чего пар поступает в паропровод имеющий сечения .

Из интеграла Бернулли уравнение неразрывности принимает вид:

Следовательно, скорость пара в паропроводе:

После пар поступает в пароперегреватель.

Расчетная скорость пара в змеевиках пароперегревателя:

Характеристики

Список файлов ВКР