ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2021
Просмотров: 1422
Скачиваний: 4
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
Величина
этого
сопротивления
оценивается
комплексным
коэффициентом
аэродинамического
сопротивления
вращению
К
с
.
в
.
,
величина
которого
была
просчитана
по
результатам
экспериментальных
измерений
частоты
вращения
турбины
на
холостом
ходу
и
пускового
момента
на
валу
.
Ниже
на
рис
. 3, 4
представлены
экспериментальные
зависимости
для
определенного
положения
иглы
питающего
сопла
.
n
xx
,
об
/
мин
Р
вх
,
ати
Рис
. 3.
Зависимость
оборотов
холостого
хода
СРТ
от
давления
на
входе
М
пуск
,
Н
·
м
Р
вх
,
ати
Рис
. 4.
Зависимость
пускового
момента
СРТ
от
давления
на
входе
Данные
графики
являются
исходными
для
построения
и
анализа
интересующих
зависимостей
с
использованием
коэффициента
К
с
.
в
.
В
работе
приводятся
некоторые
результаты
модельных
исследовательских
испытаний
опытного
образца
турбодетандер
-
электрогенераторного
агрегата
на
базе
8’2012
85
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
струйно
-
реактивной
турбины
(
рис
. 5)
мощностью
100
кВт
ТДА
-
СРТ
-100/130-
5,5/0,6
ВРД
(
далее
ТДА
)
для
газораспределительных
станций
(
рис
. 6).
Рис
. 5.
Струйно
-
реактивная
турбина
(
СРТ
)
Рис
. 6.
Агрегат
ТДА
-
СРТ
-100/130-5,5/0,6
ВРД
на
«
ГРС
-1
Сумы
»
Основная
часть
и
обоснование
полученных
результатов
.
Момент
на
валу
турбины
определялся
уравнением
[10]
2
Т
с
.
в
.
с
.
в
.
Т
К
ω
−
=
−
=
U
U
М
М
М
М
,
где
М
U
–
момент
,
определенный
по
теореме
об
изменении
момента
количества
движения
потока
газа
относительно
оси
вращения
,
обусловленный
взаимодействием
потока
газа
с
элементами
проточной
части
СРТ
;
М
с
.
в
.
–
момент
сопротивления
вращению
ротора
в
окружающей
среде
(
момент
аэродинамического
сопротивления
);
К
с
.
в
.
–
коэффициент
сопротивления
вращению
,
зависит
:
от
плотности
окружающей
среды
,
наружного
диаметра
ротора
,
формы
,
количества
и
взаимного
расположения
трубок
плеч
ротора
,
частоты
вращения
вала
турбины
,
может
быть
определен
только
экспериментально
;
ω
Т
–
угловая
скорость
вращения
турбины
.
Для
режима
холостого
хода
,
когда
М
Т
= 0,
получим
(
без
учета
механических
потерь
в
подшипниках
)
2
xx
с
.
в
.
с
.
в
.
К
ω
−
=
М
М
U
.
Момент
М
U
равен
[9]
4
2
2
xx
D
G
D
R
М
m
W
U
⋅
ω
⋅
−
⋅
=
,
где
R
W
–
сила
тяги
тяговых
сопел
в
относительном
движении
;
D
–
диаметр
расположения
осей
тяговых
сопел
относительно
оси
вращения
;
G
m
–
расход
газа
через
тяговые
сопла
;
ω
xx
–
угловая
скорость
вращения
ротора
СРТ
на
холостом
ходу
.
Тогда
8’2012
86
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
2
xx
2
xx
2
xx
с
.
в
.
4
2
К
ω
⋅
ω
⋅
−
⋅
=
ω
=
D
G
D
R
М
m
W
U
.
Разработаны
прикладные
программы
,
позволяющие
с
учетом
этого
коэффициента
рассчитывать
характеристики
СРТ
:
зависимости
M
Т
=
f
(
n
);
N
Т
=
f
(
n
);
η
Т
=
f
(
n
),
как
при
К
с
.
в
.
= const,
так
и
по
аппроксимированной
зависимости
К
с
.
в
.
=
f
(
n
).
Момент
на
валу
турбины
и
КПД
определялся
по
формулам
:
T
T
T
ω
⋅
=
M
N
и
(
)
S
S
N
N
h
G
N
T
п
T
Т
=
⋅
=
η
,
где
G
п
–
расход
газа
через
питающее
сопло
СРТ
;
h
S
–
изоэнтропная
работа
расширения
1
кг
рабочего
тела
от
параметров
торможения
на
входе
СРТ
до
давления
окружающей
среды
;
N
S
–
располагаемая
мощность
.
По
результатам
измерений
холостого
хода
и
пускового
момента
на
валу
турбины
был
просчитан
коэффициент
К
с
.
в
.
и
построены
его
аппроксимированные
зависимости
(
рис
. 7).
Из
представленных
графиков
видно
,
что
при
значениях
входного
давления
порядка
0,8
ати
и
частоты
вращения
ротора
СРТ
порядка
18000
об
/
мин
наблюдается
минимальное
значение
коэффициента
К
с
.
в
.
,
которое
составляет
0,15
кг
·
м
2
.
На
рис
. 7
б
прослеживается
характерная
стремительно
растущая
зависимость
К
с
.
в
.
при
оборотах
свыше
20000
об
/
мин
.
Описание
и
причины
возникновения
данного
явления
будут
рассмотрены
ниже
.
По
результатам
испытаний
агрегата
ТДА
-
СРТ
-100/130-5,5/0,6
ВРД
на
«
ГРС
-1
Сумы
»
построены
графики
зависимости
электрической
мощности
от
частоты
вращения
выходного
вала
ТДА
(
рис
. 8)
при
различных
входных
давлениях
,
которые
настраиваются
с
помощью
регулятора
.
Как
видно
из
рис
. 8
при
оборотах
выходного
вала
ТДА
больше
2100–2300
об
/
мин
(
что
соответствует
оборотам
16500–18000
об
/
мин
струйно
-
реактивной
турбины
с
учетом
передаточного
отношения
редуктора
7,85)
мощность
,
вырабатываемая
турбиной
,
перестает
нарастать
,
а
с
увеличением
частоты
вращения
–
уменьшается
.
Расчётная
характеристика
5
расчёт
построена
для
сравнения
с
опытной
характеристикой
5
(
см
.
рис
. 8).
Расчёт
моделирует
СРТ
закрытую
дисками
,
т
.
е
.
внешнее
аэродинамическое
сопротивление
–
это
дисковое
трение
.
Завал
опытных
характеристик
на
больших
скоростях
вращения
(
рис
. 8
линии
1
–
6
)
и
стремительное
увеличение
коэффициента
сопротивления
вращению
при
n
>
18000
об
/
мин
(
рис
. 7
б
)
объясняется
возникновением
волнового
кризиса
(
звуковой
барьер
)
на
крыловидных
профилях
тяговых
консолей
СРТ
и
соответственно
увеличением
их
внешнего
аэродинамического
сопротивления
.
Волновой
кризис
характеризуется
возникновением
на
профилях
плеч
ротора
местных
скоростей
c
числом
Маха
больше
1.
Положительной
стороной
данного
эффекта
является
самопроизвольное
предотвращение
режимов
«
разноса
»
СРТ
.
При
возникновении
сверхзвуковых
скоростей
на
профилях
плеч
турбины
происходит
торможение
потока
на
диффузорной
части
профиля
через
скачки
уплотнения
,
т
.
е
.
наступает
волновое
сопротивление
.
Критическое
число
Маха
,
соответствующее
началу
волнового
кризиса
,
определяется
формулой
[11]
(
)
( )
(
) ( )
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
χ
⋅
+
−
χ
⋅
+
+
χ
=
C
3
1
3
2
3
2
C
3
2
3
4
3
4
C
крит
cos
1
cos
2
1
1
cos
1
М
c
k
c
k
,
8’2012
87
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
где
χ
С
–
угол
стреловидности
профиля
;
c
–
относительная
толщина
профиля
;
k
–
показатель
адиабаты
.
К
с
.
в
.
·10
6
,
кг
·
м
2
Р
вх
,
ати
а
)
К
с
.
в
.
·10
6
,
кг
·
м
2
n
xx
,
об
/
мин
б
)
Рис
. 7.
Зависимость
коэффициента
сопротивления
вращению
К
с
.
в
.
от
избыточного
давления
на
входе
в
СРТ
(
а
)
и
от
частоты
вращения
ротора
(
б
)
8’2012
88
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
N
эл
,
кВт
n
,
об
/
мин
Рис
. 8.
Зависимости
электрической
мощности
ТДА
-
СРТ
-100/130-5,5/0,6
ВРД
от
частоты
вращения
выходного
вала
агрегата
:
1
–
Р
вх
= 34
ати
,
Р
вых
= 2
ати
,
n
игл
= 8,5
об
. –
режим
~ 50 %;
2
–
Р
вх
= 40
ати
,
Р
вых
= 2
ати
,
n
игл
= 8,5
об
. –
режим
~50 %;
3
–
Р
вх
= 33
ати
,
Р
вых
= 2
ати
,
n
игл
= 20
об
. –
режим
100 %;
4
–
Р
вх
= 40
ати
,
Р
вых
= 2
ати
,
n
игл
= 20
об
. –
режим
100 %;
5
–
Р
вх
= 50
ати
,
Р
вых
= 2,2
ати
,
n
игл
= 20
об
. –
режим
100 %;
6
–
Р
вх
= 47
ати
,
Р
вых
= 2,14
ати
,
n
игл
= 20
об
. –
режим
100 %
Действительное
число
Маха
на
срезе
тягового
сопла
определяется
по
формуле
ВЫХ
60
М
п
Д
T
R
k
n
D
a
U
R
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
π
=
=
,
где
U
R
,
а
–
окружная
скорость
и
скорость
звука
на
срезе
тягового
сопла
соответственно
;
D
п
–
диаметр
периферии
;
п
–
частота
вращения
ротора
СРТ
;
R
–
универсальная
газовая
постоянная
;
Т
вых
–
температура
внутри
корпуса
турбины
.
Расчет
по
этим
формулам
для
данной
турбины
:
–
рабочая
среда
воздух
(
см
.
рис
. 7
б
).
Параметры
:
обороты
СРТ
20000
об
/
мин
,
угол
стреловидности
χ
С
= 0
°
,
относительная
толщина
c
= 0,318,
радиус
периферии
R
= 0,11
м
,
показатель
адиабаты
k
= 1,4,
температура
внутри
корпуса
турбины
Т
вых
= 233
К
,
газовая
постоянная
R
= 287
Дж
/(
кг
·
К
).
По
результатам
расчета
М
крит
= 0,514
при
значении
действительного
числа
Маха
М
Д
= 0,678,
т
.
е
.
М
крит
<
М
Д
;
–
рабочая
среда
газ
(
см
.
рис
. 8
линии
1
–
6
).
Параметры
аналогичны
при
работе
СРТ
на
воздухе
,
за
исключением
показателя
адиабаты
k
= 1,323
и
универсальной
газовой
постоянной
R
= 508
Дж
/(
кг
·
К
).
По
результатам
расчета
М
крит
= 0,516
при
значении
действительного
числа
Маха
М
Д
= 0,524,
т
.
е
.
М
крит
<
М
Д
.
8’2012
89