HS – Ступень турбины

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 (или перепад давления) ступени турбины как функцию:

аргумент X: приведённого расхода или степени расширения;

аргумент Y: приведённой частоты вращения;

2. Характеристика КПД.

Представляет собой КПД турбины или относительный перепад энтальпий (только для газовой турбины) 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.

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

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

Для таблицы №1:

1. Тип аргумента X в таблице:

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

Q – обёмный расход на выходе из турбины [м³/с];

T_in – температура на входе в турбину [K];

P_in – давление на входе в турбину [Па];

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

2. Значение коэффициента k_g:

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

Пример 2: если при использовании второго типа приведённого расхода таблица заполнена в (кг⋅K^0.5)/(c⋅бар), то k_g=10⁵.

3. Тип аргумента Y в таблице:

где w – абсолютная частота вращения турбины [Гц];

∆T_ад=T_in⋅(1 - ε^{(1 - k_ад)/k_ад}) – адиабатический перепад температур [K];

k_ад – показатель адиабаты;

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

4. Значение коэффициента k_w:

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

5. Тип функции Z в таблице:

где P_out – 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];

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

6. Значение коэффициента k_ξ:

Для таблицы №2:

1. Тип аргумента X в таблице:

2. Значение коэффициента k_g или k_ε.

3. Тип аргумента Y в таблице:

4. Значение коэффициента k_w.

5. Тип функции Z в таблице:

где ƞ=(h_in - h_out)/∆h_ад – КПД газовой турбины;

ĥ=(h_in - h_out)/h_in – относительный перепад энтальпий;

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

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

∆h_ад – изоэнтропийный перепад энтальпии на ступени турбины [Дж/кг];

k_ƞ, k_h – коэффициенты пересчёта из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица.

6. Значение коэффициента k_ƞ или k_h:

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

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 непосредственно в свойствах блока или рассчитана в ином месте, например, в скрипте или схеме автоматики.

Порты наверх ↑

Свойства наверх ↑

Параметры наверх ↑

Совместимые блоки наверх ↑

При помощи механической связи блок может соединяться со следующими блоками:

• HS – Ротор

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

ξ_ПР – приведённое значение коэффициента сопротивления, взятое из таблицы;

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

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

S_тек – текущая площадь проходного сечения [м²];

ρ – плотность теплоносителя на выходе из турбины, для которой рассчитывалась характеристика [кг/м³];

ρ_тек – текущая плотность теплоносителя на выходе из турбины [кг/м³].

При включении опции расчёта по формуле Стодолы-Флюгеля таблица с характеристикой сопротивления турбины не используется, а коэффициент сопротивления вычисляется следующим образом:

где P_OU – текущее давление на выходе ступени турбины [Па];

P_IN – текущее давление на входе ступени турбины [Па];

T_IN – текущая температура на входе ступени турбины [К];

G – текущий массовый расход теплоносителя через ступень турбины [кг/с];

P_OUNOM – номинальное давление на выходе ступени турбины [Па];

P_INNOM – номинальное давление на входе ступени турбины [Па];

T_INNOM – номинальная температура на входе ступени турбины [К];

G_NOM – номинальный массовый расход теплоносителя через ступень турбины [кг/с];

S – площадь проходного сечения [м²];

ρ – текущая плотность теплоносителя на выходе из турбины [кг/м³].

Для случая газовой турбины убыль тепловой мощности от указанного элемента гидравлического канала/трубы вычисляется через КПД или относительный перепад энтальпий:

где k_ƞ, k_h – коэффициенты пересчёта из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица,

k – опциональная поправка на влажность теплоносителя, вычисляемая следующим образом:

где X_in – относительная энтальпия (массовое паросодержание) на входе ступени турбины [-];

X_ou – относительная энтальпия (массовое паросодержание) на выходе ступени турбины [-];

N_st – количество ступеней турбины в отсеке.

Для случая гидротурбины убыль тепловой мощности вычисляется через КПД:

где Q – объёмный расход на выходе из турбины [м³/с].

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];

w_абс – абсолютная частота вращения [Гц];

∆h – перепад энтальпий [Дж/кг].

Сопутствующие материалы наверх ↑