Основная. Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное Государственное Бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

(МИИТ)

НАГНЕТАТЕЛИ И ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Курсовая работа

Выполнил: Принял:

Андрюнин С.Ю. проф. Мальцев А.И.

1110-ЭНб-0466

Москва 2013/14

СОДЕРЖАНИЕ

Задание на курсовую работу 3

Пояснительная записка 4

Расчет 5

i-s диаграмма для водяного пара 10

Сопло 11

Список литературы 12

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Контрольные вопросы:

1. Поясните последовательность построения треугольников векторов скоростей: абсолютной – С1, относительной W1 (потока) и окружной скорости лопаток U на входе и соответственно C2, W2 и U на выходе из сопла?

2. Поясните сущность относительного внутреннего КПД ступени турбины ηoi. Как определяются потери на трение и вентиляцию и от утечек пара (газа) через зазоры между подвижными и неподвижными элементами турбины?

Задание для теплового расчета:

На основании приведенных ниже исходных данных выполнить поверочный тепловой расчет паровой турбины с одной активной ступенью.

1. Номинальная эффективная мощность турбины Ne=250 кВт.

2. Частота вращения ротора турбины п=17000 об/мин.

3. Абсолютное давление пара перед турбиной Р1= 1,2МПа.

4. Температура пара перед турбиной t1=290 ºС.

5. Абсолютное давление пара при выпуске Рк=0,14 МПа.

6. Отношение окружной скорости (U) рабочих лопаток к абсолютной скорости пара на входе (с1), т.е. U/С1= 0,34

7. Средняя высота скорость рабочих лопаток ℓл=14 мм.

Относительный эффективный КПД турбины принять η_оℓ =0,35 (с уточнением в процессе расчета).

Механический КПД турбины η_м =0,98.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Поясните последовательность построения треугольников векторов скоростей: абсолютной – С1, относительной W1 (потока) и окружной скорости лопаток U на входе и соответственно C2, W2 и U на выходе из сопла?

Ипвривап

Поясните сущность относительного внутреннего КПД ступени турбины ηoi. Как определяются потери на трение и вентиляцию и от утечек пара (газа) через зазоры между подвижными и неподвижными элементами турбины?

Паравпра

РАСЧЕТ

Термодинамический расчет истечения пара из сопел:

1. По заданным Р и Т нахожу точку на i-s диаграмме для водяного пара (стр. 10).

Тянем вниз линию процесса расширения пара на турбине 1-2.

По этим точкам находим энтальпию.

i₁=3025 кДж/кг - энтальпия пара перед соплами.

i_2t =2600 кДж/кг - энтальпия пара в конце адиабатного (изоэнтропийного) процесса расширения от давления Р₁ до Р₂=Р_к.

h0=i1-i2t

h0=3050-2600=425 кДж/кг

2. Нахожу теоретическую скорость истечения пара из сопел, м/с

С1t = 2000 ∙ h₀

С1t = 2000 ∙ 425=922 м/с.

3. Нахожу действительную скорость пара на выходе из сопел, м/с

С1=φ∙С1t,

где φ ≈0,95 – коэффициент, учитывающий снижение скорости в результате трения, завихрения и других необратимых потерь.

С1=0,95∙922=876м/с.

4. Находим потерю энергии в соплах, кДж/кг.

h_с=(1-φ²)h₀

h_с=(1-(0,95)²)∙425=41 кДж/кг.

Расчет сопел:

Полученная скорость С1− большая сверхзвуковая скорость, она может быть получена в сопле Лаваля.

Сверхзвуковая скорость при разгоне достигается при давлении Р_кр=β_кр∙Р1

(для перегретого пара β_кр=0,546)

Р_кр=0,546 ∙Р1

Р_кр=0,546 ∙1200= 655 кПа

По значению Р_кр= 655 кПа нахожу на диаграмме эту точку. По положению этой точки нахожу i_кр =2900 кДж/кг.

5. Нахожу критическую скорость пара в горловине сопла, м/с

С_кр=φ 2000 ∙ (i ₁ - i_кр),

Скр = 0,9 2000 ∙ (3025-2900) = 475 м/с

6. По положению точки i_кр нахожу удельный объём пара в этом сечении по диаграмме, м³/кг

υ _кр = 0,35 м³/кг.

7. Нахожу расход пара через турбину, кг/с.

М _сек =

М _сек = = 1,59 кг/с.

8. Нахожу площадь минимального сечения (горловины) сопел, м²

f_min=

f_min= = 0,00117 м²

f_min=

d=

d= = 3,8 см

9. Нахожу площадь выходного сечения сопла в плоскости, перпендикулярной направления потока, м²

F_max= ,

где = 1,3 м³/кг (по диаграмме)

f_max= = 0,00236 м²

f_max=

d=

d= = 5,5 см

Построение треугольников скоростей:

10. Нахожу окружную скорость лопаток, м/с

U=х∙С1

U=0,34 ∙ 876=297,84 м/с

11. Нахожу расчетный диаметр диска ротора.

п

U

d

d = = 0,33 м

12. Нахожу относительная скорость пара на лопатках.

Строю выходной треугольник скоростей (стр. 11).

α₁ = 17^о

β1 = 25 ̊

W₁= C₁ – U₁

W₁ = 600 м/с.

13. Аналогично строю выходной треугольник скоростей.

C₂ = W₂ – U₁

C = 600 – 340 = 260

β2=β1 -(2÷4^о).

β2= 25-3=22 ̊

α₂ = 50^о

14. Нахожу значение относительной скорости пара на выходе.

W₂= ψ ∙ W₁

Ψ=0,663+0,25∙sin[0,9 (β₁ + β₂)]

Ψ=0,663+0,25∙sin[0,9 (25+22)]

Ψ=0,83

W₂= 0,83 ∙ 600=499

15. Нахожу КПД на окружности колеса.

η =

Y=C₁ ∙ сosα₁+C₂ ∙ сosα₂.

Y= 1004,85

η = = 0,78

16. Нахожу потери в соплах, кДж/кг

h_c = (1 -φ²) h₀.

h_с = (1 – 0,95²) ∙ 425 = 41 кДж/кг

17. Нахожу потери в лопастях, кДж/кг

h _л = (1-ψ²) ∙

h _л = (1 – 0,83²) ∙ = 55,998 кДж/кг

18. Нахожу потери с выходной скоростью, кДж/кг

h _вс =

h _вс = = 33,8 кДж/кг

19. Нахожу КПД на окружности колеса по балансу потерь.

η _и =

η _и = = 0,69

20. Нахожу потери на трение и вентиляцию, кДж/кг

h _тв =

N_тв = к ∙ ρ ₂ ∙ ℓ_л ∙ d ⁴ ∙ , кВт

где,

ρ ₂ = - плотность пара около диска, кг/м³;

ℓ_л – средняя высота рабочих лопаток, см;

d – диаметр диска, м;

п – частота вращения ротора, об/мин;

К= 1,76 (для диска с одним рядом рабочих лопаток).

N_тв = 1,76 ∙ 0,14 ∙ 0,33⁴ ∙ ∙ = 11,04 кВт

h _тв = = 6,95 кДж/кг

21. Нахожу внутренний относительный КПД турбины.

η _oi = η _u -

h_ут ≈ h_тв, кДж/кг.

η _oi = 0,69 - = 0.657 (65.7%)

22. Нахожу относительный эффективный КПД турбины:

м

оi

о

l

η _{o ℓ} = 0,657∙ 0,98 =0,644 (64%)

23. Нахожу реализуемую мощность на валу турбины, кВт.

N_ℓ = М _сек ∙ h_ут ∙ η _{o ℓ}

N_ℓ = 1,59 ∙ 425 ∙ 0,644 = 435,28 кВт.

Из-за большой величины расхождения расчет повторяем при новом значении относительного КПД турбины. η_оℓ =0,62

Расчет повторяем с пункта № 7 и № 20.

7.1. М _сек =

М _сек = = 0,95 кг/с.

20.1. h _тв =

h _тв = = 11,62 кДж/кг

21.1. η _oi = η _u -

η _oi = 0,69 – = 0.635 (63.5%)

22.1.

м

оi

о

l

η _{o ℓ} = 0,635∙ 0,98 =0,62 (62%)

23.1. N_ℓ = М _сек ∙ h_ут ∙ η _{o ℓ}

N_ℓ = 0,95 ∙ 425 ∙ 0,62 = 251,38 кВт.

24.

∙ 100% = 0,55%

Вывод: Поверочный тепловой расчет при относительном КПД турбины подтверждает установленную мощность турбины.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Двигатели внутреннего сгорания. Учебник. – М.: Высшая школа, 2005.

2. Лепешкин А.В. Гидравлические и пневматические системы. Учебник. – М.: Академия, 2005.

Дата добавления: 2015-07-11