HS – Ступень турбины

Порты, Свойства, Параметры, Совместимые блоки, Математическая модель, Сопутствующие материалы
палитра схема

Описание

Блок реализует модель ступени турбины. При прохождении через ступень турбины рабочее тело теряет свою внутреннюю энергию, совершая работу и расширяясь в соответствии с табличной характеристикой. Является дочерним для блоков HS – Канал, HS – Труба и HS – Кольцевой зазор.

Характеристика турбины представляет собой набор из четырёх таблиц, хранящихся в соответствующем табличном файле с расширением «tbl»:

1. Таблица коэффициента сопротивления.

Представляет собой коэффициент сопротивления ступени турбины как функцию:

аргумент X: приведённого расхода;

аргумент Y: приведённой частоты вращения;

2. Характеристика КПД.

Представляет собой КПД турбины или относительный перепад энтальпий как функцию:

аргумент X: приведённого расхода или степени расширения;

аргумент Y: приведённой частоты вращения;

3. Моментная или мощностная характеристика.

Для турбин не используется.

4. Таблица, определяющая типы приведённых параметров и коэффициенты пересчёта.

Рисунок 1. Пример таблицы №4, определяющей типы приведённых параметров и коэффициенты пересчёта

По горизонтали цифрами 1, 2, 3 обозначены номера таблиц (Рисунок 2):

  1. Таблица с характеристикой коэффициента сопротивления.
  2. Таблица с характеристикой КПД.
  3. Таблица с мощностной или моментной характеристикой.

Рисунок 2. Номера таблиц обозначены по горизонтали цифрами 1, 2, 3

По вертикали цифрами 1 - 6 обозначены номера параметров (Рисунок 3):

Рисунок 3. Номера параметров обозначены по вертикали цифрами 1 - 6

Для таблицы №1:

1. Тип аргумента X в таблице:

где G – абсолютный массовый расход через турбину [кг/с];

Tin – температура на входе в турбину [K];

Pin – давление на входе в турбину [Па];

kg – коэффициент пересчёта из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица.

2. Значение коэффициента kg:

Пример 1: если при использовании первого типа приведённого расхода таблица заполнена в кг/ч, то kg=3600.

Пример 2: если при использовании второго типа приведённого расхода таблица заполнена в (кг⋅K0.5)/(c⋅бар), то kg=10⁵.

3. Тип аргумента Y в таблице:

где w – абсолютная частота вращения турбины [Гц];

∆Tад=Tin⋅(1 - e(1 - kад)/kад) – адиабатический перепад температур [K];

kад – показатель адиабаты;

kw – коэффициент пересчёта из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица.

4. Значение коэффициента kw:

Пример: если при использовании первого типа приведённой частоты таблица заполнена в об/мин, то kw=60.

5. Тип функции Z в таблице:

где Pout – давление на выходе из турбины [Па];

S – площадь проходного сечения, при котором рассчитывалась характеристика [м2];

ρ – плотность рабочего тела на входе в турбину, при котором рассчитывалась характеристика [кг/м3];

kξ – коэффициент пересчёта из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица.

6. Значение коэффициента kξ:

Примечание: для функции Z в таблицу заносится не kξ, а kξ-1/(S2⋅ρ), где S – площадь проходного сечения, при котором рассчитывалась характеристика (обязательно в м2), ρ – плотность рабочего тела на входе в турбину, при которой рассчитывалась характеристика (обязательно в кг/м3).

Для таблицы №2:

1. Тип аргумента X в таблице:

2. Значение коэффициента kg или kε.

3. Тип аргумента Y в таблице:

4. Значение коэффициента kw.

5. Тип функции Z в таблице:

где ƞ=(Cp⋅∆Tад)/(hin - hout) – КПД турбины;

ĥ=(hin - hout)/hin – относительный перепад энтальпий;

hin – энтальпия рабочего тела на входе в турбину [Дж/кг];

hout – энтальпия рабочего тела на выходе из турбины [Дж/кг];

kƞ, kh – коэффициенты пересчёта из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица.

6. Значение коэффициента kƞ или kh:

Пример: если таблица КПД заполнена в %, то kƞ=100.

Примечание: для функции Z в таблицу заносится не kƞ или kh, а kƞ-1 или kh-1.

Для таблицы №3:

Таблица мощности или момента для турбин не используется.

Для просмотра и редактирования файлов расширения «tbl» имеется встроенный в SimInTech «Редактор таблиц». По умолчанию характеристики турбин располагаются в директории: «\SimInTech\bin\DataBase\HS\ENGINES\TURBINES\».

При помощи блока HS – Ротор возможно организовать механическую связь вала турбины с валом, например, компрессора, насоса или электрогенератора. В таком случае частота вращения вала является величиной, рассчитываемой в блоке ротора. В противоположном случае, когда турбина механически не соединена с ротором, частота вращения турбины определяется свойством Частота вращения (относительная), то есть может быть задана константой непосредственно в свойствах блока или рассчитана в ином месте, например, в скрипте или схеме автоматики.

Рисунок 4. Пример реализации модели турбокомпрессора за счет механической связи турбины с компрессором при помощи ротора

Порты наверх ↑

  • MPORT - механический порт для подключения совместимых блоков

Свойства наверх ↑

  • Номер элемента Element (Константа) - номер элемента гидравлического канала, которому принадлежит объект
  • Наличие механического порта MPort (Константа) - механический порт необходим для подключения объекта к ротору
  • Номинальная частота вращения, Гц wnom (Константа)
  • Частота вращения (относительная) w (Переменная) - текущая относительная частота вращения объекта (используется при условии отсутствия подключения к ротору)
  • Характеристика FileName (Константа) - имя файла с универсальной характеристикой объекта
  • Цвет tcolor (Константа) - цвет блока на схемном окне

Параметры наверх ↑

  • Напор, Па _pnas
  • Коэффициент сжатия _e
  • Объемный расход, м³/с _qnas
  • Массовый расход, кг/с _gnas
  • Частота вращения относительная _w_otn
  • Частота вращения абсолютная, Гц _w_abs
  • Мощность на валу, Вт _power
  • Момент на валу, Н⋅м _moment
  • КПД _kpd
  • Коэффициент адиабаты _Kad
  • Адиабатический перепад, К _dTad
  • Давление на входе, Па _Pin
  • Температура на входе, °C _Tin
  • Энтальпия на входе, Дж/кг _Hin
  • Давление на выходе, Па _Pou
  • Температура на выходе, °C _Tou
  • Энтальпия на выходе, Дж/кг _Hou
  • Аргумент X для характеристики степени расширения _e_G
  • Аргумент Y для для характеристики степени расширения _e_W
  • Аргумент X для характеристики КПД _kpd_G
  • Аргумент Y для характеристики КПД _kpd_W

Совместимые блоки наверх ↑

При помощи механической связи блок может соединяться со следующими блоками:

Является дочерним для блоков HS – Канал, HS – Труба и HS – Кольцевой зазор.

Математическая модель наверх ↑

Установка блока на канал или трубу обеспечивает вычисление коэффициента сопротивления, формирующего перепад давления на турбине, в соответствии с заданной характеристикой (с учётом площади проходного сечения и текущей плотности теплоносителя):

где kξ – коэффициент пересчёта из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица;

ξПР – приведённое значение коэффициента сопротивления, взятое из таблицы;

K – коэффициент, записываемый в нормировочную таблицу [1/(кг⋅м)];

S – площадь проходного сечения, для которого рассчитывалась характеристика [м2];

Sтек – текущая площадь проходного сечения [м2];

ρ – плотность теплоносителя на входе в турбину, для которой рассчитывалась характеристика [кг/м3];

ρтек – текущая плотность теплоносителя на входе в турбину [кг/м3].

Убыль тепловой мощности от указанного элемента гидравлического канала/трубы вычисляется через КПД или относительный перепад энтальпий:

где kƞ, kh – коэффициенты пересчёта из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица.

Вышеуказанные величины передаются расчётному ядру для подстановки в уравнения сохранения импульса и энергиии соответственно.

В случае подключения турбины к ротору текущее значение мощности (момента) на валу передаётся в блок ротора, где решается уравнение моментов, с целью определения текущей частоты вращения.

Мощность и момент на валу вычисляются по следующим соотношениям:

где N – мощность на валу [Вт];

M – момент на валу [Н⋅м];

wабс – абсолютная частота вращения [Гц];

∆h – перепад энтальпий [Дж/кг].

Сопутствующие материалы наверх ↑