HS – Ступень турбины с критическим течением





Порты, Свойства, Параметры, Совместимые блоки, Математическая 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: 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: Номера таблиц обозначены по горизонтали цифрами 1, 2, 3



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

Рисунок: 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:

Прим.: 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=(hin - hout)/(Cp⋅∆Tад) – 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.

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

Рисунок: 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 ↑

Название Имя Описание Способ расчёта
Наличие механического порта MPort Механический порт необходим для подключения объекта к ротору Константа
Номинальная частота вращения, Гц wnom   Константа
Частота вращения (относительная) w Относительная частота вращения объекта (используется при условии отсутствия подключения к ротору) Переменная
Характеристика FileName Имя файла с универсальной характеристикой объекта Константа
Цвет tcolor Цвет графического примитива Константа

Параметры наверх ↑

Название Имя Описание
Напор, Па _pnas Создаваемый агрегатом напор в Па (для случая турбины имеет отрицательный знак)
Коэффициент расширения _e Коэффициент расширения рабочего тела на агрегате
Объёмный расход, м³/с _qnas Объёмный расход рабочего тела через агрегат
Массовый расход, кг/с _gnas Массовый расход рабочего тела через агрегат
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 Величина рассчитанного аргумента X для характеристики степени расширения
Аргумент Y для для характеристики степени расширения _e_W Величина рассчитанного аргумента Y для характеристики степени расширения
Аргумент X для характеристики КПД _kpd_G Величина рассчитанного аргумента X для характеристики КПД
Аргумент Y для характеристики КПД _kpd_W Величина рассчитанного аргумента Y для характеристики КПД

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: 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 ↑