- •Дисциплина «Теория и расчет лопаточных машин врд»
- •Часть 1 Основы теории и рабочего процесса в компрессорах и турбинах врд
- •Часть 1 – Основы теории и рабочего процесса.
- •Часть 2 – Основы теории и газодинамическое проектирование авиационных компрессоров и турбин.
- •Часть 3 – Характеристики и регулирование авиационных компрессоров и турбин.
- •1. Назначение, классификация, схемы, параметры турбомашин
- •1.1 Назначение турбомашин в различных газотурбинных установках.
- •1.2. Классификация турбомашин
- •1.3 Схемы и основные параметры турбомашин, подводящих энергию к газу. (Компрессоры)
- •1.3.1 Осевые компрессоры
- •1.3.2 Радиальные компрессоры
- •1.3.3 Диагональные компрессоры
- •1.3.4 Комбинированные компрессоры
- •1.4 Лопаточные машины, отводящие энергию от газа. (Турбины).
- •1.4.1 Осевые турбины
- •1.4.2 Радиальные турбины
- •2. Основы общей теории турбомашин
- •2.1.Основные допущения и упрощения, применяемые в теории турбомашин.
- •2.2. Влияние вида движения на параметры потока.
- •2.3. Расчетные модели турбомашин.
- •2.4. Уравнение расхода.
- •2.5. Уравнение энергии.
- •2.5.1 Уравнение энергии в тепловой форме.
- •2.5.2 Уравнение энергии в механической форме. (Обобщённое уравнение Бернулли)
- •2.5.3 Уравнение энергии для рабочего колеса турбомашины с учетом потерь вне контрольного пространства
- •2.5.4 Уравнение энергии для ступени лопаточной машины
- •2.6. Уравнение момента, мощности и удельной работы для рабочего колеса турбомашины.
- •2.6.2 Учёт влияния радиального зазора на удельную работу рабочего колесa
- •2.6.3 Частные случаи записи уравнения момента, мощности и удельной работы
- •2.6.4 Вторая форма уравнения Эйлера
- •3. Термодинамические процессы в турбомашинах и их изображение в p-V, t-s и I-s диаграммах
- •3.1 Компрессор
- •3.1.2 Изображение процесса сжатия в компрессоре в t-s диаграмме
- •3.1.3 Изображение процесса сжатия в компрессоре в I-s диаграмме
- •3.2 Турбина
- •3.2.1 Процесс расширения в турбине в p-Vдиаграмме
- •3.2.2 Процесс расширения в турбине в t-s диаграмме
- •3.2.3 Изображение процесса расширения в турбине
- •4. Коэффициенты полезного действия лопаточных машин
- •4.1. Коэффициенты полезного действия компрессоров
- •4.2. Коэффициенты полезного действия турбин
- •4.3 Связь кпд многоступенчатой лопаточной машины и её отдельных ступеней.
- •4.3.1 Компрессор
- •4.3.2 Турбина
- •Литература
3.2.2 Процесс расширения в турбине в t-s диаграмме
Особенности представления энергии в Т-S диаграмме были отмечены при рассмотрении процесса сжатия в компрессоре, поэтому перейдём непосредственно к анализу процесса расширения в турбине, в начале приняв, что отсутствует теплообмен с внешней средой и нет разницы в скоростях потока на входе и выходе из турбины.
а) Qq =0; Сг =Ст . В этом случае обозначим теоретическую работу Lтu =Lтuх , тогда уравнение энергии в механической форме будет иметь вид:
Lтuх =òтг dР/r - Lr , а в тепловой форме Lтuх =Ср(Тг-Тт). (3.28)
Графически этот вариант представлен на рис. 3.10.
Рис.
3.10
Запишем эту работу в виде разности работ в изобарических процессах Pт =соnst от температуры 0 до Тг и Рт =const от температуры 0 до Тт:
Lтuх =Ср(Тг-0)- (Тт -0). (3.29)
б) Qq ¹0; Сг =Ст;
Этот случай имеет практическое значение, особенно в случае охлаждения лопаток турбины, а также в связи с отводом значительного количества тепла через корпус, в диск и т.д.
Процесс расширения в турбине в этом случае представлен на рис.3.11.
При отводе тепла политропа расширения пройдёт левее той, которая соответствует случаю Qq =0; Сг =Ст, т.е. пойдёт из точки Г в точку Т’ .
Рис. 3.11
Отведённому теплу Qq , соответствует площадь Г-Т-8-9-Т’-Г, т.е. части тепла потерь и возвращенного тепла.
в) Qq =0; Сг ¹Ст.
В данном случае процесс расширения, представленный на рис.3.12, рассматривается в заторможенных параметрах от точки Г* на изобаре Рг*=const в точку Т*=const на изобаре Рт*,
Тогда Lт=Ср(Тг*-Тт*)~пл.Г*-5*-3*-1-Т*, (3.32)
Рис.3.12
т.е. также как изображалась Lтux, только между изобарами, соответствующими давлениям торможения на входе и выходе из турбины.
Lnu= ònu dH|r - (Cu2 - Cn2)|2 + LR (3.33)
Представление процесса расширения в турбине имеет те же условности, что и в компрессоре.
3.2.3 Изображение процесса расширения в турбине
в i-S диаграмме
Изображение процесса расширения в турбине в I-S диаграмме широко распространено, т.к. даёт возможность проще, чем в других диаграммах отражать и анализировать влияние основных факторов на работу турбины.
а) На рис.3.13 показан процесс расширения в турбине в I-S диаграмме в случае, когда Qq =0; Сг=Ст.
В этой диаграмме тепло, соответствующее различным составляющим уравнения энергии отображается отрезками. В частности, Нтх=iг-iт ; Нтs= iг-iтs, а разность (Нтs-Нтх) = (Lr-DL) = Lr’ отображается отрезком (iт-iтs).
В этом состоит основное объяснение широкого распространения I-S диаграмм в теории турбин.
б) Qq =0; Сг¹Ст. Этот случай изображен на рис.3.14.
Рис.3.14
В этом случае процесс расширения в турбине изображается в заторможенных параметрах и наиболее полно отражает члены уравнения энергии.
Lт=Ср(Тг*-Тт*) = iг*-iт*. (3.34)
Можно записать выражение для Lтх: Lтх=Ср(Тг*-Тт*)+(Ст)2/2, тогда
Lтх= Ср(Тг*-Тт) = iг*-iт.
Отрезок (iт*-iт) ~ (Ст)2/2 .
Он отражает потери с выходной скоростью. Это даёт наглядное представление о том, что выходная скорость с точки зрения работы турбины, является потерянной энергией.
Приведённые выше иллюстрации изображения процессов в компрессорах и турбинах на термодинамических диаграммах показывают, что:
1. энергия и отдельные её составляющие могут быть наглядно показаны;
2. размерное представление элементов уравнения энергии позволяет планиметрированием площадей (на Р-V и Т-S), или измерением отрезков (на I-S) диаграммах численно определить вклад отдельных элементов в процессе преобразования энергии в лопаточной машине и вычислить коэффициент полезного действия.
с помощью диаграммы могут быть найдены конечные параметры на выходе из лопаточной машины, в том числе с учетом переменного значения показателей политропы или изоэнтропы.
