Траверсирование потока за плоской решёткой профилей

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 6Следующая ⇒

Протокол испытаний

Дата выполнения “______“ ______________ ________ года

Группа ____________

Исполнители: __________________________

Фамилия И.О.

__________________________

Фамилия И.О.

__________________________

Фамилия И.О.

__________________________

Фамилия И.О.

__________________________

Фамилия И.О.

Нулевые замеры:

– атмосферное давление P_а = Па

– температура в помещении t_а = ____________⁰С

– нуль батарейного манометра “0” =___________мм.вод. ст.

– полное давление перед решёткой¹ = ___________мм.вод. ст.

– статическое давление перед решёткой¹ P_о = ___________мм.вод. ст.

Геометрические размеры:

– шаг решётки t = мм

– длина лопатки l = мм

Примечание: ¹ измеряются после включения установки

Результаты замеров

Таблица 3.3

Сечение

по высоте,мм

Параметры

Сечение по шагу, мм

-3

мм.вод. ст.

град.

мм.вод. ст.

град.

мм.вод. ст.

град.

мм.вод. ст.

град.

Подписи исполнителей: _____________________

_____________________

Подпись преподавателя: _____________________
4. Лабораторная работа № 4.
Определение внешних характеристик осевой турбинной ступени

4.1. Цель работы

На стенде для исследования вращающихся моделей турбинных ступеней изучить закономерности изменения основных характеристик ступеней: крутящего момента М_кр, мощности N_i , к.п.д. h_i , степени реактивности r на переменных режимах работы турбоагрегатов, а также ознакомиться с основными методами аэродинамических исследований.

4.2. Теоретические предпосылки и методика обработки экспериментальных данных

Исследуемые турбинные ступени могут отличаться конструкцией и геометрическими параметрами, но методика испытаний сохраняется неизменной. К внешним характеристикам относятся:

- коэффициент полезного действия ‑ h_i;

- мощность, развиваемую турбинной ступенью ‑ N_i, кВт;

- крутящий момент развиваемый турбиной ‑ , Н·м;

- степень реактивности - r.

Одним из основных параметров, характеризующих совершенство турбинной ступени, является к.п.д.

(4.1)

где h_i –теплоперепад ступени, кДж/кг;

H_из – изоэнтропийный теплоперепад турбины, кДж/кг;

N_из – изоэнтропийная мощность турбины, кВт.

Для определения таких параметров как изоэнтропийный теплоперепад H_из, полный теплоперепад в сопловом аппарате h_c^* и теплоперепад на рабочих лопатках h_л используют is-диаграмму. Рабочий процесс в турбинной ступени в is-диаграмме представлен на рис. 4.1.

Для нахождения параметров рабочего тела в точке по диаграмме необходимо перед турбинной ступенью замерить полное давление и температуру . Замерив, давление за сопловым аппаратом P₁ и за рабочим колесом P₂, можно найти по is-диаграмме параметры рабочего тела в точкахА_1t и А_2t (рис. 4.1).

Рис. 4.1 Рабочий процесс в турбинной ступени в is-диаграмме

Давление P₁ находится как среднее между значениями у корня и вершины сопловой лопатки:

(4.2)

Перепад давлений в сопловом аппарате можно найти по формуле:

(4.3)

где – избыточное полное давление перед турбинной ступенью, Па;

– избыточное давление за сопловым аппаратом, Па.

Тогда полный теплоперпад в сопловом аппарате равен:

(4.4)

где – плотность воздуха, кг/м³;

k=1,4 – показатель изоэнтропы для воздуха.

Плотность воздуха определяем по формуле:

(4.5)

где R=287,14 Дж/(кг·К) – газовая постоянная;

– температура воздуха в трубопроводе, К.

Перепад давлений в турбинной ступени можно найти по формуле:

(4.6)

За осевой ступенью рабочее тело (воздух) поступает в помещение лаборатории, поэтому можно считать, что P₂ = P_а., т.е. DP₂= 0.

Изоэнтропийный теплоперепад в ступени равен:

(4.7)

Тогда теплоперепад на рабочих лопатках находится по формуле:

(4.8)

Определение h_i (рис.Рис. 4.1) через параметры потока затруднительно, поэтому в аэродинамических экспериментах принято определять к.п.д. через мощности N_i и N_из.

Мощность, развиваемую турбинной ступенью, определяют через крутящий момент:

(4.9)

где ω – угловая скорость ротора турбины, рад/с;

n_т – число оборотов ротора турбины, об/мин.

Число оборотов определяется с помощью тахометра.

Крутящий момент определяется с помощью взвешивающего устройства и находится по формуле:

(4.10)

где – усилие на весах, кг;

– длина рычага, м.

Изоэнтропийная мощность находится как:

(4.11)

где – расход рабочего тела, кг/с.

Расход рабочего тела через ступень определяется с помощью расходомерных шайб.

Расход рабочего тела (без учета сжимаемости) определяется по формуле:

(4.12)

где µ – коэффициент расхода диафрагмы;

f – площадь отверстия диафрагмы, м²;

ΔP_I-II – разность давлений до и после диафрагмы, Па.

Коэффициент расхода µ нормальной диафрагмы зависит от числа Re, от относительного диаметра и второстепенных факторов (рис. 1.3, б)

Площадь отверстия в расходомерной шайбе находим по формуле:

(4.13)

где d – диаметр отверстия шайбы, м.

Разность давлений до и после диафрагмы равна:

(4.14)

где – соответственно давления перед и после диафрагмы, Па.

Также для определения расхода рабочего тела можно воспользоваться графической зависимостью полученной в лабораторной работе №1.

Степень реактивности ступени:

(4.15)

Для возможности сравнения с характеристиками подобных ступеней крутящий момент выражают в относительных величинах:

(4.16)

где – средний диаметр облопатывания, м;

l – длина рабочих лопаток, м.

В теории турбин принято строить зависимости различных величин в функции от скоростной характеристики:

(4.17)

где – окружная скорость, м/с;

– теоретическая скорость выхода потока из соплового аппарата, м/с.

Окружная скорость можно определить по формуле:

(4.18)

Теоретическая скорость выхода потока из соплового аппарата:

(4.19)

4.3. Порядок выполнения работы

Проводится инструктаж по технике безопасности, о чем студенты расписываются в журнале по ТБ.

Студенты расставляются по рабочим местам:

- для регулирования расхода рабочего тела через исследуемую и нагрузочную турбины (клапаны К2 и К5) – один человек

- на замер давлений по проточной части турбинных ступеней и перепада на расходомерных шайбах – один-два человека;

- на замер числа оборотов, температуры перед турбиной и усилия на весах ‑ один человек.

Очередность работ и замеров следующая:

- подготовить протокол испытаний (протокол испытания представлен в
приложении IV);

- записать показания атмосферного давления Р_а и температуры t_а в помещении;

- проверить импульсные линии между профилем и трубками манометрического щита;

- записать нулевые значения показаний манометрического щита;

- проверить положение воздушных заслонок согласно п. 7;

- записать показания атмосферного давления Р_а и температуры t_а в помещении;

- записать первоначальное усилие на весах Q_о;

- проверить импульсные линии между точками измерения и трубками манометрического щита;

- записать нулевые значения показаний манометрического щита;

- замерить геометрические размеры: диаметры облопатывания D_к или D_в, D_ср; длину сопловых l_с и рабочих l_л лопаток; длину рычага l_p;

- проверить положение воздушных заслонок согласно п. 7;

- открыть заслонки K2, К3, К4 и К5 и закрыть заслонку K1 (см. рис. 1.1);

- включить масляный насос МН, убедиться в работоспособности масляной системы;

- включить воздуходувки ЭВ-1 и ЭВ-2;

- поворачивая заслонку К5, установить режим n_т = 0;

- произвести записи показаний всех приборов[4];

- меняя положение заслонки К5,увеличить число оборотов на 1000 об/мин[5] и произвести записи показаний;

- вывод установки из действия по окончанию испытаний осуществляется в соответствии с инструкцией (см. п. 7);

- по окончанию работы провести приборку рабочих мест;

Рис. 4.2 Графики изменения внешних характеристик
на переменных режимах

4.4. Отчет по лабораторной работе

Отчет о выполненной лабораторной работе включает:

- протокол испытаний с указанием даты проведения работы, фамилий и инициалов исполнителей (см. приложение IV);

- цели и задачи работы;

- конструктивная схема установки, эскиз проточной части;

- расчетные формулы;

- обработка результатов испытаний, выполненная в виде табл. 4.1;

- поясняющие расчеты рисунки (рабочий процесс в is-диаграмме);

- анализ результатов испытаний;

- графики изменения внешних характеристик на переменных режимах: ; ; ; (рис.4.2).

4.5. Обработка экспериментальных данных

Таблица 4.1

№	Наименование величины	Обозн.	Размерн.	Расчётная формула	Численные значения при различной частоте вращения турбинной ступени, об/мин
					0	1000	2000	3000	4000	5000	6000

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	Избыточное полное давлениеперед сопловым аппаратом замеренное		мм. вод. ст.
2	Избыточное статическое давлениеперед сопловым аппаратом замеренное		мм. вод. ст.
3	Избыточное давление за сопловым аппаратом у корня замеренное		мм. вод. ст.
4	Избыточное давление за сопловым аппаратом у вершины замеренное		мм. вод. ст.
5	Избыточное давление за турбинной ступенью замеренное		мм. вод. ст.
6	Избыточное полное давление перед сопловым аппаратом		Па
7	Избыточное статическое давление перед сопловым аппаратом		Па
8	Избыточное давление за сопловым аппаратом у корня		Па
9	Избыточное давление за сопловым аппаратом у вершины		Па
10	Избыточное давление за рабочими лопатками замеренное		Па
11	Полное давление перед сопловым аппаратом		Па
12	Статическое давлениеперед сопловым аппаратом		Па
13	Избыточное давление за сопловым аппаратом		Па
14	Перепад давлений в сопловом аппарате		Па
15	Температура полная		K
16	Плотность воздуха		м³/кг
17	Полныйтеплоперпад в сопловом аппарате		Дж/кг	формула (4.4)
18	Перепад давлений в турбинной ступени		Па
19	Изоэнтропийный теплоперепад в ступени		Дж/кг	формула (4.7)
20	Перепад давлений на шайбе замеренный		мм. вод. ст.
21	Перепад давлений на шайбе		Па
22	Расход рабочего тела,измеренный расходомерной шайбой		кг/с
23	Изоэнтропийная мощность		Вт
24	Крутящий момент		Н·м
25	Мощность, развиваемую турбинной ступенью		Вт
26	Коэффициент полезного действия		‑
27	Теплоперепад на рабочих лопатках		Дж/кг
28	Степень реактивности ступени		‑
29	Окружная скорость		м/с
30	Теоретическая скорость выхода потока из соплового аппарата		м/с
31	Скоростная характеристика		‑