HS – Ступень турбины с критическим течением

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

Описание

Блок реализует модель ступени турбины c критическим течением. При прохождении через ступень турбины рабочее тело теряет свою внутреннюю энергию, совершая работу и расширяясь в соответствии с табличной характеристикой. В отличие от блока HS – Ступень турбины не является дочерним, к гидравлическому контуру подключается за счёт гидравлических связей.

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

1. Таблица приведённого расхода.

Представляет собой приведённый расход через ступень турбины как функцию:

аргумент X: приведённой степени расширения;

аргумент Y: приведённой частоты вращения;

2. Характеристика КПД.

Представляет собой КПД турбины или относительный перепад энтальпий как функцию:

аргумент X: приведённого расхода или приведённой степени расширения;

аргумент Y: приведённой частоты вращения или приведённого расхода;

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 расхода.
  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 Tin – температура на входе в турбину [K];

Pin – давление на входе в турбину [Па];

Pout – давление на выходе из турбины [Па];

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

2. Значение коэффициента kε:

Пример: если при использовании второго типа приведённой степени расширения таблица заполнена в бар/K0.5, то kε=10-5.

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

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

6. Значение коэффициента kg:

Примечание: для функции Z в таблицу заносится не kg, а kg-1.

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 или kg.

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 ↑

  • InPort - гидравлический порт для подключения совместимых блоков
  • OutPort - гидравлический порт для подключения совместимых блоков
  • MPORT - механический порт для подключения совместимых блоков

Свойства наверх ↑

  • 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 ↑

Блок может быть соединен с другими блоками посредством гидравлических и механических связей. При помощи гидравлических связей блок может соединяться со следующими блоками:

При помощи механической связи блок может соединяться со следующими блоками:

Математическая модель наверх ↑

Структурно модель представляет собой комбинацию двух блоков типа HS – Подпитка.

Рисунок 5. Структурная схема модели

Установка блока на гидравлическую схему обеспечивает вычисление расхода через турбину как функции приведённой частоты вращения и приведённой степени расширения. Вычисленное в соответствии с заданной характеристикой значение расхода с противоположными знаками передаётся в блоки подпитки.

Энтальпия рабочего тела на выходе из турбины вычисляется через КПД или относительный перепад энтальпий:

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

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 ↑