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.

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.

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

Для таблицы №1:

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

Q – объемный 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 пересчета из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица.

Значение коэффициента k_g:

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

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

где w – абсолютная частота вращения турбины [Гц];

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

k_ad – показатель адиабаты;

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

Значение коэффициента k_w:

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

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 пересчета из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица.

Значение коэффициента k_ξ:

Для таблицы №2:

Значение коэффициента k_g или k_ε.

Значение коэффициента k_w.

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 пересчета из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица.

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 Ротор возможно организовать механическую связь вала турбины с валом, например, компрессора, насоса или электрогенератора (Рисунок 4). 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.

Совместимые блоки

Математическая модель

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

где:

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

ζ_led – приведенное 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_curr – текущая площадь проходного сечения [м²];

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

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

При включении опции расчета 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:

если задана таблица КПД,

если задана таблица относительной энтальпии,

где – коэффициенты пересчета из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица,

– изоэнтропийный перепад энтальпий [Дж/кг].

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 – объемный расход на выходе из турбины [м³/с].

Вышеуказанные величины передаются расчетному ядру для подстановки в уравнения сохранения импульса и энергии соответственно.

В случае подключения турбины к ротору текущее значение мощности (момента) на валу передается 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_abs – абсолютная частота вращения [Гц];

∆h – перепад энтальпий [Дж/кг].

Входные порты

Блок не имеет входных портов.

Выходные порты

Свойства

Параметры

Примеры