Расход пара (газа) через суживающееся сопло

1. 2.2.3.Расход пара (газа) через суживающееся сопло

Рассмотрим такую задачу.
Как будет изменяться расход
G через суживающееся сопло, площадью
при постоянных параметрах торможения на входе
p0 const , t 0 const
p1 ?
и переменном давлении за соплом
G F1t
F1
G ?
p0 , t0
c1t
1t
k 1
2k
c1t
p 0 0 1 k
k 1
p1 var
p1 c1t 1t
F1 ,

2.

G
G
p1
p1
p1 p0
p
p0 , t0
p1 p1
p1 p0
p1
p0 , t0
p1 p1
p1

3.

G
p02
G 2
G 1
p01
p1 1 p01
p11 p01
p1 2 p02
p12 p02
p1

4.

* Практическое применение
*
Заданы: p0 , p1 , т.е.
p1
.
p0
А. Выбор типа сопла:
- если * , то сопло должно быть расширяющимся
- если * , то сопло должно быть суживающимся
Б. Режим работы суживающегося сопла
- если * , то сопло работает в докритическом режиме и в выходном сечении сопла
давление будет равно давлению за соплом (р1)
- если * , то сопло работает в критическом режиме и в выходном сечении сопла
установится давление
p1* * p0

5.

Вопросы, которые должны
могут возникнуть при изучении данного раздела:
I. Нет уравнений, которые позволяют определить длину сопла.
G одинаковый
p1
p0 , t0
c1t
c1t
c1t
p0 , t0
p1
p1
p0 , t0
II. Полученный результат противоречит практическим наблюдениям
I
p0 const
I
p атмос
ферному
а)
p1 p0
б)
если
c1t 0
p
p0
то
p1 p
если
p
p0
то
Таким образом, c1t , а F1 const.
Нонсенс: не выполняется уравнение неразрывности.
c1t [ значение]
p1 p0
c1t с

6. 2.3. Потери располагаемой энергии при реальном течении газа в канале

2.3.1 Физическая сущность потерь располагаемой
энергии
I
III
II
IV Ламинарный
подслой
I ламинарный
режим
II переходная
зона
III турбулентный
режим

7.

1
с1ср
с1t

8. 2.3.2. Характеристики реального потока в соплах

А) Энергетические характеристики
Уравнение сохранения энергии:
c12
h0 h1
- для реального потока
2
c12t
- для изоэнтропийного процесса
h0 h1t
2
Разность кинетических энергий теоретического и реального потоков:
c12t c12
H c h1 h1t
2 2
Потеря располагаемой
энергии
Относительная величина потери называется коэффициентом потерь
c
H c
H0

9.

p0
h
c
c12t c12
2
H c 2 2
c1
1
c12t
H0
c1t
2
c12t
H0
2
c1
c1t
c12t c12
H c
2 2
H0
c02
h0 2
c или
(откуда)?
H c c H 0
h1 h1t H c
p1
H c
υ1t
t0
h1
h1t
1 c
p0
υ1
H0
- коэффициент скорости сопла
c 1 2
Известен
h0
s

10.

Б) Расходные характеристики
Известны:
площадь выходного сечения сопла (F1);
начальные параметры (p0, t0,c0);
конечное давление (p1).
Расход газа через сопло:
- при теоретическом процессе расширения
Gt
F1c1t
- при действительном процессе расширения
G
F1c1
Применение понятия
Знаем теоретический процесс
расширения
- коэффициент расхода сопла
F1c1 1t
1t
1 F1c1t
1
Какой в действительности пройдет расход
через сопло с заданной выходной
площадью?
h
G
1 1t
Справедливо только для
однофазной среды!!!
1t
Редко
встречающаяся
задача
G
Gt
1
F1c1t
1t
Какую выходную площадь должно
иметь сопло, чтобы пропустить
заданный расход
1
s
F1
G 1t
c1t
Основа
методики
расчета
турбинных
ступеней
1t

11.

В) Критическое отношение давлений
p0 p1
h
h0
2
1t
c
2
2
*t
k 1
t0
c12
2 p p
1 t
t 0
p1 p0
h1
h1t
a const
s
k
k 1
k 1 1
1
k
1
1
k
k 1

12. 3. Преобразование энергии в турбинной ступени (ТС)

В зависимости от направления движения газа
относительно оси вращения ТС бывают:
Осевые (аксиальные)
Камерные
Барабанные
Вопрос на будущее
Радиальные
1. Чем определяется выбор типа конструкции
Осерадиальные
осевой ступени?
2. Почему последние ступени конденсационных
турбин с реактивностью на среднем диаметре
около 0,5 выполняются камерного типа?

13.

Камерная ступень
1.
2.
3.
4.
5.
6.
5
6
3
Вал турбины
Ротор
Диск
Рабочая лопатка
Диафрагма
Корпус или обойма
Статор
Сопловая решетка
(направляющий аппарат)
Барабанная ступень
4
4
2
5
2
1
n
n
1 n
- частота вращения ротора, с-1.
3
1. Вал турбины
2. Барабан
3. Рабочая лопатка
4. Статор (корпус или обойма)
5. Сопловая решетка
(направляющий аппарат)

14.

p1
p0 , t0
p2
c0
c2
d
d
n
Направляющий аппарат и рабочие лопатки – проточная часть ступени
n
u
u
u dn
- окружная скорость рабочих лопаток на среднем
диаметре