Теплогидравлика (HS) / Турбонасосные агрегаты |
![]() |
![]() |
Порты, Свойства, Параметры, Совместимые блоки, Математическая модель, Сопутствующие материалы |
палитра | схема |
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 (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.
Рисунок 1. Пример таблицы №4, определяющей типы приведённых параметров и коэффициенты пересчёта
По горизонтали цифрами 1, 2, 3 обозначены номера таблиц (Рисунок 2):
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:
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=(hin - hout)/(Cp⋅∆Tад) – КПД газовой 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.
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
При помощи механической связи блок может соединяться со следующими блоками:
Является дочерним для блоков HS – Канал, HS – Труба и HS – Кольцевой зазор.
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].
Для случая газовой турбины 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.
Для случая гидротурбины убыль тепловой мощности вычисляется через КПД:
где Q – объёмный расход на входе в ступень 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];
wабс – абсолютная частота вращения [Гц];
∆h – перепад энтальпий [Дж/кг].