Расчет осевого детандера

Цель работы

Определить:

· Термодинамические параметры рабочего вещества в абсолютном и относительном движении в характерных точках проточной части турбодетандера;

· Кинематический и действительный коэффициенты реактивности детандера;

· Размеры проточной части детандера;

· Действительные коэффициенты скорости на лопатках рабочего колеса и соплового аппарата;

· Степень расширения детандера

· Скорость вращения рабочего колеса;

· Коэффициенты полезного действия и мощность детандера.

Построить:

· Треугольники скоростей на входе и выходе из рабочего колеса;

· Профиль лопаток рабочего колеса, соплового аппарата и каналов лопаточных решеток;

· Эскиз продольного разреза осевого детандера.

Исходные данные

· Рабочее вещество: сухой воздух;

· Массовый расход рабочего вещества

· Полная температура на входе в детандер

· Полное давление на входе в детандер

· Давление на выходе из детандера

· Угол выхода потока из соплового аппарата

· Угол выхода потока из колеса в относительном движении

· Относительные потери на протечки и трение

Расчет осевого детандера

1.Число изоэнтропы процесса расширения в детандере

Где k – показатель изоэнтропы рабочего вещества(для сухого воздуха k = 1.4 (2)).

2.Теплоемкость рабочего вещества при постоянном давлении

Где R – газовая постоянная рабочего вещества(для сухого воздуха R = 287 кдж/ru*к)

3.Скорость звука на входе в детандер

4.Критическая скорость звука на входе в детандер

5.Абсолютная скорость звука на входе в детандер

Где - условное число Маха по абсолютной скорости( = 0.15…0.30(1)).

6.Статическая температура при входе в сопловой аппарат

7.Статическое давление при входе в сопловой аппарат

8.Энтальпия рабочего вещества по заторможенным параметрам на входе в сопловой аппарат

9.Энтальпия рабочего вещества по статическим параметрам на входе в сопловой аппарат

10.Плотность рабочего вещества при входе в сопловой аппарат

11.Степень расширения в детандере

12.Изоэнтропный теплоперепад в детандере

13.Условная скорость изоэнтропного расширения в детандере

14.Окружная скорость при входе в рабочее колесо

Где - относительная окружная скорость

( = 0.5…0.7(1)).

15.Изоэнтропный теплоперепад в сопловом аппарате

Где - коэффициент реактивности ступени осевого детандера по изоэнтропным перепадам( = 0.3…0.5(1)).

16.Абсолютная скорость при изоэнтропном расширении в сопловом аппарате

17.Температура газа в конце изоэнтропного расширения в сопловом аппарате

18.Статическое давление при выходе из соплового аппарата

19.Проверка статического давления при входе в рабочее колесо

Принимаем

20.Статическая энтальпия рабочего вещества на входе в рабочее колесо

21.Статическая энтальпия рабочего вещества в конце действительного эйлерова процесса расширения в сопловом аппарате(точка 1s)

22.Коэффициент потерь соплового аппарата

Где коэффициент скорости соплового аппарата( = 0.97…0.98(1)).

23.КПД соплового аппарата(3)

24.Потерянный теплоперепад в сопловом аппарате

25.Действительный теплоперепад в сопловом аппарате

26.Статическая температура при выходе из соплового аппарата

27.Температура торможения при выходе из соплового аппарата

28.Давление торможения при выходе из соплового аппарата

29.Число политропы процесса расширения в сопловом аппарате

30.Показатель политропы процесса расширения в сопловом аппарате

(должен быть < К)

31.Абсолютная скорость при выходе из соплового аппарата

32.Скорость звука при выходе из соплового аппарата

33.Число Маха по скорости с1

34.Число Маха по радиальной составляющей скорости с1

35.Угол входа потока в рабочее колесо в относительном движении

36.Относительная скорость при входе в рабочее колесо

37.Число Маха по скорости w1

38.Температура торможения на выходе из соплового аппарата в относительном движении

39.Изоэнтропный теплоперепад в колесе от точки 1 при входе в колесо до статического давления за колесом

40.Изоэнтропный теплоперепад в колесе от точки торможения при входе в относительном движении до статического давления за колесом

41.Коэффициент потерь рабочего колеса

Где - коэффициент скорости рабочего колеса( = 0.96…0.98(1)).

42.Относительная скорость изоэнтропного расширения потока в рабочем колесе

Где -коэффициент радиальности ( = = 1 (1)).

43.Изоэнтропный КПД рабочего колеса

44.Действительный теплоперепад в колесе (без учета потерь на протечки и трение)

45.Действительный перепад статических энтальпий в колесе без учета потерь на трение диска и протечки

46.Статическая температура потока при выходе из колеса без учета потерь на трение диска и протечки

47.Число политропы действительного эйлерова процесса расширения в рабочем колесе

48.Показатель политропы действительного эйлерова процесса расширения в рабочем колесе

(должен быть )

49.Относительная скорость при выходе из рабочего колеса

50.Скорость звука при выходе из рабочего колеса

51.Число Маха по скорости w2

52.Окружная скорость при выходе из рабочего колеса

53.Угол потока при выходе из рабочего колеса в абсолютном движении

54.Абсолютная скорость при выходе из рабочего колеса

55.Строим треугольники скоростей на входе и выходе из рабочего колеса с соблюдением масштаба(рис. 1)

Из треугольников скоростей проверяем значение относительную скорость при входе в рабочее колесо и абсолютную скорость при выходе из колеса , а также угол входа потока в рабочее колесо в относительном движении и угол потока выхода из рабочего колеса в абсолютном движении .

С учётом возможных погрешностей построения это удовлетворительно соответствует вычисленным значениям.

56.Безразмерная окружная составляющая абсолютной скорости на входе в рабочее колесо

57.Безразмерная окружная составляющая абсолютной скорости на выходе из рабочего колеса

58.Коэффициент эйлеровой работы ступени

59.Кинематический коэффициент реактивности ступени

60.Безразмерные абсолютные скорости на входе и выходе из рабочего колеса

61.Коэффициент мощности ступени

62.Действительный коэффициент реактивности ступени

63.Температура торможения в конце действительного эйлерова процесса расширения (в точке 2э)

64.Энтальпия торможения в конце действительного эйлерова процесса расширения

65.Действительный перепад энтальпий торможения в детандере без учета потерь на трение диска и протечки

66.Число Маха по скорости с2

67.Плотность газа при входе в рабочее колесо

68.Плотность газа при выходе из рабочего колеса

69.Осевая составляющая абсолютной скорости при входе в рабочее колесо

70.Осевая составляющая абсолютной скорости при выходе из рабочего колеса

Проверяем отношение осевых составляющих скоростей

(это отношение должно лежать в пределах от 1.0 до 1.2(1)).

71.Действительный эйлеровый теплоперепад в ступени

72.Проверка действительного эйлерова теплоперепада в ступени

Или

73.Удельная работа ступени на окружности рабочего колеса

74.Проверка удельной работы ступени на окружности рабочего колеса

Или

75.Проверка статической температуры в конце действительного эйлерова процесса расширения(в точке 2э)

76.Проверка статического давления при выходе из рабочего колеса

77.Внутренняя работа ступени (с учетом потерь на протечки и трение)

78.Действительный перепад энтальпий в ступени (с учетом потерь на протечки и трение)

79.Статическая температура при выходе из ступени (с учетом потерь на протечки и трение)

80.Температура торможения при выходе из ступени (с учетом потерь на протечки и трение)

81.Давление торможения при выходе из рабочего колеса

82.Энтальпия рабочего вещества в конце процесса расширения

83.Энтальпия рабочего вещества по заторможенным параметрам на выходе из рабочего колеса

84.Энтальпия рабочего вещества в конце изоэнтропного процесса расширения

85.Энтальпия рабочего вещества по параметрам торможения в конце изоэнтропного процесса расширения

86.Параметры рабочего вещества по заторможенным параметрам в относительном движении

87.Энтальпия рабочего вещества в конце изоэнтропного расширения в рабочем колесе

88.Наружный диаметр входного сечения рабочего колеса

Где - втулочное отношение при входе в рабочее колесо

( (1)).

89.Внутренний диаметр входного сечения рабочего колеса

90.Средний диаметр входного сечения рабочего колеса

91.Высота лопатки при входе в рабочее колесо

92.Средний диаметр выходного сечения рабочего колеса

93.Втулочное отношение при выходе из рабочего колеса

94.Высота лопатки при выходе из рабочего колеса

95.Наружный диаметр при выходе из рабочего колеса

96.Внутренний диаметр при выходе из рабочего колеса

97.Осевая ширина лопаточной решетки рабочего колеса

Где - относительная ширина колеса ( = 0.15…0.50 (4)).

98.Осевая ширина соплового аппарата

99.По полученным геометрическим размерам строим продольный разрез детандера (рис. 2). Для предотвращения отрыва потока проверяем значения углов раскрытия продольного разреза проточной части турбодетандера и ( < 20, < 20…25(5,6)).