Результаты расчетных оценок активной турбины с различными исходными параметрами природного газа.



Для обоснования выбора варианта турбины с целью использования его в составе турбодетандера, выполнены расчетные оценки с произвольными вариациями параметров природного газа, активной турбины разной парциальности. Предполагается, что, полученные результаты  позволят принятию более обоснованных решений по конструкторскому облику турбодетандерной установки. При проведении расчетного обследования использовалась программа, последовательно определяющая все необходимые данные, от которых зависят параметры основных конструктивных элементов установки. Программа расчета разработана в МАИ на кафедре 202.

Ниже приведен пример расчета одного из вариантов осевой одноступенчатой активной турбины мощностью 720 кВт, при перепаде на турбине (1,2 МПа/0,6МПа). 


    Исходные данные:

Мощность турбины:  Вт
Частота вращения: 
Входное полное давление:  Па
Выходное полное давление:  Па
Входная температура торможения:    К
Свойства газа:  
Газовая постоянная:
Показатель изоэнтропы: 


 

    Основные параметры, полученные в расчете:

                                             
                                              

                                                   

                                                              
                               


    Результаты подробного расчёта:

                                                        
                             
                            
                                                    
                                              


    Определение окружной скорости и среднего диаметра:

Перепад:
Критическая скорость:   
Адиабатная удельная работа: 
Адиабатная скорость:
Принимаем:  
             

Тепловая степень реактивности:
Отношение скоростей:
Определение радиального зазора:   
Относительный радиальный зазор:  

    Параметры потока в осевом зазоре:

Удельная работа сопловой решетки:
Адиабатная скорость на выходе сопла:
Приведенная скорость:   
Статическое давление:
Статическая температура:
Плотность газа:
Определение массового расхода:
                                                  
Эффективная удельная работа:
Коэффициент удельной работы:

    Параметры потока в осевом зазоре:

Определение угла установки лопатки (сопла) на выходе:
Определение скоростного коэффициента потерь:
Действительная скорость на выходе сопла:
Приведенная скорость:   
Коэффициент восстановления полного давления:
Полное давление:  
Статическое давление:

 

Статичеcкая температура:
Плотность газа:
Скорость звука:
Число Маха: 
Относительная скорость:
Приведенная окружная скорость:
Температура торможения в относительном движении:
Критическая скорость в относительном движении:
Приведенная относительная скорость:
Приведенный расход:
Число Маха в относительном движении:   
Полное давление в относительном движении:


    Определение оптимальной высоты рабочей лопатки:

Относительная ширина: 
Относительная ширина бандажа:
Ширина решетки:  
Ширина бандажа:  
Начальное приближение для относительного шага:   
Шаг решетки:

 

    Степень парциальности и высота рабочей лопатки:

Находим  

Берем:  
Относительная высота лопатки:
Высота лопатки:
                      


    Определение параметров сопловой решетки:

Входной угол:
Число Маха по адиабатной скорости:       
Эффективный угол выхода сопла:


    Определение профиля лопатки: C9015B

Относительный шаг:
Определение ширины решетки:
Угол установки:
Коэффициент потерь:
                                
Хорда лопатки:
Шаг:
Число сопловых лопаток:


Cтепень парциальности:                      
Определение параметров рабочей решетки:

Высота лопатки на входе:
Угол потока на входе:
Адиабатическая относительная скорость на выходе колеса:
Приведенная адиабатическая относительная выходная скорость:
Число Маха: 
Задание скоростного коэффициента:
Относительная скорость на выходе: 
Приведенная относительная скорость на выходе:
Относительный расход:  
Коэффициент полного давления:
Определение высоты лопатки на выходе:  
Расход утечки:
Коэффициент расхода:   
Расход через рабочую решетку:
Угол потока на выходе:  
Эффективный угол на выходе:

 


    Определение профиля: P2022B

Относительный шаг:
Определение ширины решетки:
Угол установки:
Коэффициент сопротивления:  
                                         
Хорда лопатки:
Шаг лопаток:
Число лопаток:
Уточнение шага
    Параметры потока на выходе колеса:

Полное давление в относительном движении:
Абсолютная выходная скорость:
Угол абсолютной скорости на выходе:
Статическая температура:
Температура торможения:


Критическая скорость:   
Приведенная выходная скорость:
Полное давление:  
Плотность газа:


    Определение энергетических параметров:

Отношение скоростей:
Окружной К.П.Д:  
Окружная удельная работа:
Объемный К.П.Д:  
Окружная мощность:
Мощность дискового трения:  
Потери на парциальность:
Эффективная мощность:          
Эффективная удельная работа:
Коэффициент удельной работы:
Полный к.п.д. турбины: 
Объемный расход газа:  

 

Далее приводятся результаты вариационных расчетов турбин с целью определить возможные варианты конструктивного облика УТДУ для последующей проектно-конструкторской проработки при различных исходных параметров рабочего тела.

Исходные данные по вариациям параметров турбин и рабочего тела на входе и выходе турбины:

Рабочим телом является природный газ (параметры природного газа, в предварительных расчетах, принимаются как для метана).

Эффективная мощность турбины N=720 КВт (с учетом КПД генератора которые принимается равным 0.8 );

Частота вращения ώ =314 рад./сек. (3000 об/мин.);

Полное давление на входе Р00 =1.2 ПМа;

Полное давление на выходе Р2 = 0.6 ПМа;

Средний диаметр D ср. =640 мм;

Окружная скорость U = 100 (м/сек);

Перепад давления в сопловом аппарате δ = 2;

Предварительно принимается парциальность ε = 0.55

Параметры рабочего тела:

Газовая постоянная R=519 (Дж/кг× К);

Показатель изоэнтропы k = 1.218;

 

Теплоемкость при постоянном давлении СР = 2895.7 (Дж/кг× К). Для рассмотренного диапазона температур СР принимается постоянной.

Программа, используемая при проведении расчетных оценок, обеспечивает последовательность определения всех необходимых параметров, характеризующих особенности анализируемого варианта турбины.

Основные параметры осевой активной турбины, полученные в результате предварительного расчета как функция температуры рабочего тела на входе, представлены в таблице 3.1.

 

 

                                                                                                                             Таблица 3.1.

 

Т (К) N т. Эфкт (кВт.) ηТ КПД. V объемный расход при Р00 =1.2 ПМа (абсолютных) (м3/час)    m Г (кг/сек.) h лоп.. (ММ.) C ад. (м/сек.) h соп. (ММ.)
200 719,859 0.581 5763.11 18.316 28 367.86 28.5
250 718.46 0.546 6058.132 15.56 27 411.3 27.1
300 718.25 0.516 6409.67 13.722 26 450 26
350 719.97 0.49 6762.853 12.41 26 486.67 26

 

 

Исходные данные по вариациям различного ряда мощностей:

 

Частота вращения ώ =314 рад./сек. (3000 об/мин.);

Полное давление на входе Р00 =1.2 ПМа;

Полное давление на выходе Р2 = 0.6 ПМа;

Средний диаметр D ср. =640 мм;

Окружная скорость U = 100 (м/сек);

Перепад давления в сопловом аппарате δ = 2.

Адиабатическая скорость на выходе из соплового аппарата C ад. = 450.53 (м/сек.).

 

Параметры рабочего тела:

Газовая постоянная R=519 (Дж/кг× К);

Показатель изоэнтропы k = 1.218;

Теплоемкость при постоянном давлении СР = 2895.7 (Дж/кг× К).

При проведении расчетов приняты некоторые допущения

 Для рассмотренного диапазона температур СР принимается постоянной;

Температура рабочего тела, на входе Т = 300 К. (постоянная).

При предварительном расчете основным допущением является принятие парциальности (в некоторых расчетных случаях) ε =1. В действительности максимальное значение парциальности (при полном подводе) не будет превышать величины ε = 0.95 – 0.97. с уменьшением величины парциальности будет также уменьшаться величина эффективного  КПД турбины, а соответственно, необходимо увеличивать высоту лопатки рабочей решетки и лопатки соплового аппарата.

Основные параметры, полученные в результате предварительного расчета для различного ряда мощностей представлены в таблице 3.2.

                                                                                                                 

                                                                                                                           

Таблица 3.2.

 

N т. Эфкт (кВт.) ηТ КПД. V объемный расход при Р00 =1.2 МПа (абсолютных) (м3/час)    m Г (кг/сек.) секундный расход. h лоп.. (ММ.) ε парциа льность h соп. (ММ.)
50.01 0.395 584.07 1.25 15 ε =0.091 15.1
599.9 0.507 5446.74 11.66 12 ε =1 12
799.5 0.517 7122.85 15.25 16 ε = 1 16.1
1199.6 0.527 10480.7 22.44 24 ε = 1 24.1

 

 

При выполнении проектно – конструкторской проработки предварительного облика турбопривода более удобными являются аналитические зависимости или данные в виде графиков.

Ниже по результатам расчетов построены зависимости основных параметров турбины от давления и температуры на входе в турбину, которые представлены на рис. 3.3 – 3.9.

В этом случае расчеты основных параметров активной турбины проводился по компьютерной программе  AxSTREAMTM (система концептуального проектирования проточной части осевых и радиальных турбомашин) [4]. Набор программного обеспечения AxSTREAM разработан для проектирования лопаточных машин, а также анализа уже существующих турбомашин.

Исходные данные:

Параметры рабочего тела R=519, k=1.218;

Средний диаметр 637мм;

Высота лопатки 35;

Степень парциальности 0.43;

Полное давление на входе 12 атм;

Статическое давление на выходе 6 атм;

Температура на входе 300 К.

Параметры, полученные в результате расчёта.

Мощность

кВт

710,132197

Внутренний КПД по статическим параметрам

-

0,538148

Массовый расход на входе

кг/с

13,00122

 

Рис. 3.3. Зависимость мощности от полного давления на входе

 

 

 

Рис.3.4. Зависимость КПД от полного давления на входе

 

 

 

Рис.3.5. Зависимость массового расхода от полного давления на входе

 

 

 

Рис. 3.6. Зависимость объёмного расхода от полного давления на входе

 

 

 

 

Рис. 3.7. Зависимость мощности от температуры на входе 

 

 

 

Рис. 3.8. Зависимость массового расхода от температуры на входе

 

 

 

Рис. 3.9. Зависимость КПД от температуры на входе


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 564; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!