HS – Ступень регулируемой турбины с критическим течением

Описание

Блок реализует модель регулируемой 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 пяти таблиц, хранящихся в соответствующем табличном файле с расширением «tbl»:

1. Таблица приведённого расхода.

Представляет собой приведённый расход через ступень турбины как функцию:

аргумент W: угла наклона лопатки (угол между положительным направлением касательной к средней линии профиля лопатки в какой-либо точке и отрицательным направлением вектора окружной скорости колеса, проведённого через эту точку);

аргумент X: приведённой степени расширения;

аргумент Y: приведённой частоты вращения;

Характеристика приведённого расхода набрана из двумерных таблиц, число которых соответствует числу точек характеристики по углу наклона лопатки.

2. Характеристика КПД.

Представляет собой КПД турбины или относительный перепад энтальпий как функцию:

аргумент W: угла наклона лопатки;

аргумент X: приведённого расхода или приведённой степени расширения;

аргумент Y: приведённой частоты вращения или приведённого расхода;

Характеристика КПД набрана из двумерных таблиц, число которых соответствует числу точек характеристики по углу наклона лопатки.

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 T_in – температура на входе в турбину [K];

P_in – давление на входе в турбину [Па];

P_out – давление на выходе из турбины [Па];

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

2. Значение коэффициента k_ε:

Пример: если при использовании второго типа приведённой степени расширения таблица заполнена в бар/K^0.5, то k_ε=10^-5.

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

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

6. Значение коэффициента k_g:

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 или k_g.

5. Тип функции Z в таблице:

где ƞ=(h_in - h_out)/∆h_ад – КПД 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.

5. Таблица приведения в соответствие угла наклона лопатки характеристике.

По горизонтали указаны значения углов наклона лопатки в градусах (Рисунок 5):

По вертикали под цифрами 1 и 2 обозначены порядковые номера первого и последнего элементов аргумента Y в таблице приведённого расхода, соответствующих данному углу.

По вертикали под цифрами 3 и 4 обозначены порядковые номера первого и последнего элементов аргумента Y в таблице КПД, соответствующих данному углу.

Текущее значение угла наклона лопатки задаётся при помощи свойства Угол, °. По ткущему значению угла наклона лопатки проводится интерполяция с целью определения текущего значения привёденного расхода и приведённого КПД.

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 ↑

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

• HS – Граничный узел
• HS – Внутренний узел
• HS – Узел компенсатора

При помощи механической связи блок может соединяться со следующими блоками:

• HS – Ротор

Математическая модель наверх ↑

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

Установка блока на гидравлическую схему обеспечивает вычисление расхода через турбину как функции приведённой частоты вращения, приведённой степени расширения и угла наклона лопатки турбины. 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 k_ƞ, k_h – 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];

w_абс – абсолютная частота вращения [Гц];

∆h – перепад энтальпий [Дж/кг].

Сопутствующие материалы наверх ↑