Разделы презентаций
- Разное
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Геометрия
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Тепловые двигатели и нагнетатели
Содержание
- 1. Тепловые двигатели и нагнетатели
- 2. ТурбинаТурбина (турбомашина) является двигателем, в котором теплота
- 3. В простейшей турбине рабочее тело поступает в
- 4. 1. Принцип действия паровых турбин. Основы их
- 5. При этом газ или пар направляется в
- 6. На рисунке приведены три случая организации взаимодействия
- 7. Обычно поток пара или газа, направляется сбоку
- 8. Устройство соплового диска
- 9. Роторы паровых турбин:а – дискового типа; б – барабанного типа
- 10. Обычно сопловые каналы организуются с помощью специальных
- 11. Роторы турбин выполняются или дискового типа, когда
- 12. В активной турбине проходное сечение канала между
- 13. На практике к реактивным относят любые турбины,
- 14. Отношение теплоперепада на рабочих лопатках ΔhЛ к
- 15. При большом числе ступеней разность давлений в
- 16. Конструкция трёхступенчатойактивной паровой турбины, и эпюры изменения давления и скорости пара вдоль потока.
- 17. При Ω = 0,5 сопловые и рабочие
- 18. Рассмотрим сечение соплового и лопаточного каналов по
- 19. Сопловой канал (схема а) представляет собой изогнутое
- 20. Схема расположения сопловых и лопаточных каналов в
- 21. В турбинах используются сопла с косым срезом,
- 22. 2. Классификация паровых турбин
- 23. Познакомимся с классификацией турбин.По направлению движения рабочего
- 24. По характеру тепловых процессов, происходящих в турбинах,
- 25. 2. Конденсационные турбины с регулируемыми по давлению
- 26. Обозначение паровых турбин включает три группы индексов.Первая
- 27. Следующая за буквами цифра указывает номинальную мощность
- 28. Существуют несколько классификаций турбин:По конструктивному выполнению турбины
- 29. 3. Тепловой процесс в турбинной ступениВ турбинах
- 30. Схема одноступенчатой турбины ЛаваляПар поступает в одно
- 31. В месте прохода вала через корпус установлены
- 32. КПД активной турбины с умеренной окружной скоростью
- 33. Активные турбины со ступенями давления широко применяются
- 34. Сопла и диффузоры – специально спрофилированные каналы,
- 35. К объему РТ, движущегося в потоке, применимо
- 36. Длина сопла и диффузора невелика, а скорость
- 37. Следовательно, ускорение адиабатного потока происходит за счет
- 38. Абсолютная скорость с – это скорость движения
- 39. Векторы окружной и абсолютной скоростей образуют угол
- 40. где – окружная
- 41. Абсолютная скорость потока с2 , покидающего рабочие
- 42. Движущийся поток действует на рабочие лопатки с
- 43. Если воспользоваться диаграммой скоростей потока, то согласно
- 44. Удельная работа ступени, развиваемая одним килограммом рабочего
- 45. КПД ступени является важным показателем, поскольку он
- 46. В активных турбинах подвод рабочего тела к
- 47. Рассмотрим изменение параметров рабочего тела в активной
- 48. В активной турбине тепловая энергия РТ переходит
- 49. Зная степень реактивности Ωт, можно определить скорость
- 50. Оптимальное значение u/с1 для активной ступени можно
- 51. Полное превращение энергии потока в энергию движения
- 52. Если принять с1= const, углы β1= β2
- 53. Треугольники скоростей реактивной ступени обычно симметричны. Т.к.
- 54. Т.о., при одинаковых с1 частота вращения рабочего
- 55. Поскольку частота вращения турбин достигает n =
- 56. Скачать презентанцию
ТурбинаТурбина (турбомашина) является двигателем, в котором теплота рабочего тела (пара или газа) последовательно преобразуется в кинетическую энергию струи, а затем в механическую работу.
Слайды и текст этой презентации
Слайд 3В простейшей турбине рабочее тело поступает в сопло 1 (или
группу сопл), разгоняется в нем до высокой скорости и направляется
на рабочие лопатки 2 (рис.).Усилия, вызванные поворотом струи в каналах рабочих лопаток, вращают диск 3 и связанный с ним вал 4.
Диск с закрепленными на нем рабочими лопатками и валом называется ротором.
Один ряд сопл и один диск с рабочими лопатками составляют ступень.
Схема турбинной ступени:
1 – сопло (или группа сопл); 2 – лопатки; 3 – диск; 4 – вал
Слайд 41. Принцип действия паровых турбин. Основы их устройства
Паровая или газовая
турбина является двигателем, в котором теплота и давление рабочего тела
последовательно преобразуются в кинетическую энергию, а затем – в механическую работу.
Слайд 5При этом газ или пар направляется в сопло, где он
разгоняется, а из сопла он попадает на лопатки турбины, где
и производит работу.Сила действия струи на лопатку зависит от её скорости w, формы и расположения лопатки.
При прочих равных условиях наибольшая сила воздействия на стенку возникает, когда применяют канал, где струя меняет своё направление.
Слайд 6На рисунке приведены три случая организации взаимодействия струи газа со
стенкой.
При прочих равных условиях (wстр = const, Mстр = const)
активная сила воздействия струи Fа одинакова с реактивной силой Fр. Если же поток направить через канал, меняющий его направление, то частично реализуются и активная, и реактивная силы. Именно так устраивают межлопаточные каналы в паровых и газовых турбинах.
Воздействие струи газа на тело
Слайд 7Обычно поток пара или газа, направляется сбоку под острым углом
к плоскости вращения.
Поток подаётся через направляющий аппарат в виде расположенных
по окружности неподвижных сопл (сопловая решётка).Выходящие из сопл струи пара попадают на лопатки рабочего колеса, сидящего на валу турбины.
Ротор турбины вращается на подшипниках в корпусе машины, а сопловые аппараты соединены с корпусом и при работе турбины остаются неподвижными.
Слайд 10Обычно сопловые каналы организуются с помощью специальных сопловых лопаток, устанавливаемых
по всей окружности диска, который называют диафрагмой.
Диафрагма имеет горизонтальный разъём,
а в центре её имеется отверстие диаметром d, через которое проходит вал турбины. Сечение по среднему диаметру лопаток D называют сопловой решёткой.
Форма сопловых лопаток такова, что между ними образуются суживающиеся сопла, в которых происходит разгон потока пара. В отдельных случаях может применяться сопло Лаваля, позволяющее разгонять пар до сверхзвуковых скоростей.
Слайд 11Роторы турбин выполняются или дискового типа, когда рабочие лопатки устанавливаются
на специальных дисках, соединённых с валом, или барабанного типа, когда
лопатки монтируются на сплошном (или полом) барабане вала.Турбины, в которых весь располагаемый теплоперепад преобразуется в кинетическую энергию потока в соплах, а в каналах между лопатками расширения и разгона газа не происходит, называются активными.
Слайд 12В активной турбине проходное сечение канала между лопатками турбины делается
постоянным, и скорость и давление пара там не меняются.
В реактивных
турбинах используется реактивная сила вытекающего из сопла потока.В чистом виде – это авиационные турбореактивные двигатели, толкающие самолёт вперёд при выбрасывании продуктов сгорания в атмосферу через сопло.
Слайд 13На практике к реактивным относят любые турбины, у которых располагаемый
теплоперепад преобразуется в кинетическую энергию потока не только в сопловом
аппарате, но и в каналах между рабочими лопатками.Для этого профиль рабочих лопаток делается таким, что проходное сечение не постоянно, а уменьшается.
В реактивных турбинах расширение пара протекает как бы в два этапа: вначале в сопловом аппарате, а затем и в межлопаточных каналах рабочего колеса.
Слайд 14Отношение теплоперепада на рабочих лопатках ΔhЛ к располагаемому теплоперепаду ΔhР
называют степенью реактивности турбины:
При Ω = 1 – чисто реактивная
ступень, при Ω = 0 – чисто активная ступень. Чаще всего энергетические турбины имеют Ω = 0,5.Современные мощные турбины выполняются многоступенчатыми, потому что эффективно использовать весь располагаемый теплоперепад пара или газа в одной ступени невозможно. В каждой ступени срабатывается только часть общего перепада давлений.
Слайд 15При большом числе ступеней разность давлений в каждой ступени получается
небольшой, а скорости потока – умеренными.
В простых соплах срабатывает только
критический перепад давленийДелать перепад давлений большим невыгодно.
(для пара).
Слайд 16Конструкция трёхступенчатой
активной паровой турбины, и эпюры изменения давления и скорости
пара вдоль потока.
Слайд 17При Ω = 0,5 сопловые и рабочие лопатки имеют одинаковый
профиль и форму.
Поэтому от ступени к ступени увеличивают только
высоту лопаток, так как при расширении в соплах объём пара увеличивается.В каждом цилиндре также организуется многоступенчатое расширение, т.е. ставятся последовательно несколько пар сопловая решётка – рабочее колесо с лопатками.
При этом уменьшаются силы, действующие на лопатки, решается проблема их прочности.
Слайд 18Рассмотрим сечение соплового и лопаточного каналов по окружности рабочей зоны
турбины (их называют сопловой и лопаточной решётками).
Профили и характерные размеры
сопловых (а) и рабочих (б) лопаток
Слайд 19Сопловой канал (схема а) представляет собой изогнутое сопло с косым
срезом, в которое рабочее тело поступает через сечение I–I, а
выходит через сечение II–II под углом α1 к плоскости, перпендикулярной оси вала.Обычно α1 = 17 ± 2°.
На схеме б) показан элемент рабочей решётки активной турбины.
Основными характеристиками решёток являются шаг t, ширина В и хорда b, а также выходной угол α.
Слайд 20Схема расположения сопловых и лопаточных каналов в осевой турбине с
примерным соотношением действительных размеров (рисунок а) и треугольники абсолютной С,
переносной (окружной) U, и относительной w скоростей на входе и выходе из лопаточной решётки (рисунок б).Профили сопловой и лопаточной решёток и треугольники скоростей
Слайд 21В турбинах используются сопла с косым срезом, что накладывает некоторые
особенности на течение пара или газа.
Из рисунка видно, длина образующих
сопла при косом срезе не одинакова, в результате чего поток пара дополнительно отталкивается от не срезанной части сопла, что несколько увеличивает выходной угол α1.Косой срез сопла
Слайд 23Познакомимся с классификацией турбин.
По направлению движения рабочего тела турбомашины делят
на осевые (поток движется параллельно оси), радиально-осевые и радиальные, когда
поток направлен от периферии к оси ротора (центростремительные турбины) или наоборот (центробежные машины).Преимущественное распространение получили осевые турбины.
Слайд 24По характеру тепловых процессов, происходящих в турбинах, они подразделяются на
несколько групп:
1. Конденсационные турбины, у которых отработавший пар при давлении
ниже атмосферного направляется в конденсатор и конденсируется в нем, а выделяющаяся при этом теплота полностью теряется с охлаждающей водой.Существующие у таких турбин нерегулируемые по давлению отборы пара (от 0,2 до 0,9 МПа) из промежуточных ступеней используются для регенеративного подогрева питательной воды для паровых котлов.
Слайд 252. Конденсационные турбины с регулируемыми по давлению отборами пара (одним
или двумя) для производственных и отопительных целей при частичном пропуске
пара в конденсатор.3. Турбины с противодавлением, у которых тепло отработавшего пара, имеющего давление выше атмосферного, используется для производственных и отопительных целей.
Слайд 26Обозначение паровых турбин включает три группы индексов.
Первая буква (или две
буквы) характеризует тип турбины:
К – конденсационная (весь отработанный пар направляется
в конденсатор),Т – конденсационная с отопительным (теплофикационным) отбором пара на теплофикацию,
П – конденсационные с отбором пара для промышленного потребления,
ПТ- с двумя регулируемыми отборами пара (потребителю и на теплофикацию),
Р – с противодавлением на выходе из установки,
ПР – с производственным отбором и противодавлением;
ТР – теплофикационные с противодавлением.
Слайд 27Следующая за буквами цифра указывает номинальную мощность турбины в МВт.
Далее
цифрой обозначается начальное давление пара перед турбиной в атмосферах.
Под чертой
для турбин П, ПТ, Р и ПР отмечается номинальное давление производственного отбора или противодавление турбины в атмосферах.Например: турбина ПТ-60-130/13 – номинальной мощностью 60 МВт на начальное давление 130 атм. (12,8 МПа) с двумя регулируемыми отборами пара: производственным 13 атм. (1,3 МПа) и теплофикационным 1,2 атм. (0,12 МПа) – указанное давление для отопительных целей устанавливается заводом изготовителем.
Слайд 28Существуют несколько классификаций турбин:
По конструктивному выполнению турбины бывают:
одноступенчатые (малой мощности),
многоступенчатые;
стационарные и транспортные;
с постоянным или переменным числом оборотов.
По числу корпусов
(цилиндров): одно−, двух− и многоцилиндровые.По принципу парораспределения: с дроссельным регулированием (редко); с сопловым парораспределением и регулирующими клапанами; с обводным распределением, когда свежий пар с пониженными параметрами полностью или частично подаётся на последующие ступени или даже во второй, третий цилиндры, минуя предыдущие (устарели).
По принципу действия: активные и реактивные.
По давлению: среднего, повышенного, высокого и сверхкритического давления.
Слайд 293. Тепловой процесс в турбинной ступени
В турбинах происходит превращение тепловой
и упругостной энергии нагретого и сжатого пара, расширяющегося в межлопаточных
каналах, в кинетическую энергию, а затем в механическую энергию вращения ротора.
Слайд 30Схема одноступенчатой турбины Лаваля
Пар поступает в одно или несколько сопл
4, приобретает в них значительную скорость и направляется на рабочие
лопатки 5.Отработанный пар удаляется через выхлопной патрубок 8.
Ротор турбины состоящий из диска 3, закрепленных на нем лопаток 5 и вала 1, заключен в корпус 6.
1 – вал; 2, 7 – передние и задние лабиринтные уплотнения; 3 – диск; 4 – сопло; 5 – лопатка; 6 – корпус; 8 – выхлопной патрубок
Слайд 31В месте прохода вала через корпус установлены передние 2 и
задние 7 лабиринтовые уплотнения, предотвращающие утечки газа.
Если весь теплоперепад срабатывается
в одной ступени, то скорости потока в соплах оказываются большими.При расширении перегретого пара, имеющего параметры 1 МПа и 500 ºС, до 10 кПа теплоперепад примерно равен 980 кДж/кг, что соответствует скорости потока с1 = 1400 м/с.
Вследствие больших центробежных сил на лопатках по условиям прочности в лучшем случае допускается окружная скорость u равная половины скорости потока, u1 = 700 м /с.
Слайд 32КПД активной турбины с умеренной окружной скоростью (u≤300 м/с) можно
повысить, используя рабочее колесо с двумя рядами лопаток (двухвенчатый диск
Кертиса).Схема активной турбины с двумя ступенями скорости
1 – вал; 2 – диск; 3 – сопла; 4 – направляющие лопатки; 5 – рабочие лопатки; 6 – корпус
Слайд 33Активные турбины со ступенями давления широко применяются в качестве привода
различных установок.
Схема активной турбины включает несколько последовательно расположенных по ходу
пара ступеней, сидящих на одном валу. Ступени отделены друг от друга диафрагмами, в которые встроены сопла.Схема активной турбины с тремя ступенями давления
1 – сопло; 2 – входной патрубок; 3 – рабочая лопатка Ι ступени; 4 – сопло; 5 – рабочая лопатка ΙΙ ступени; 6 – сопло; 7 – рабочая лопатка ΙΙΙ ступени; 8 – выхлопной патрубок; 9 – диафрагмы
Слайд 34Сопла и диффузоры – специально спрофилированные каналы, предназначенные для ускорения
или торможения потока.
Техническая работа в соплах и диффузорах не совершается,
поэтому уравнение– выражение первого закона термодинамики для потока, приводится к виду:
Слайд 35К объему РТ, движущегося в потоке, применимо выражение первого закона
термодинамики для закрытой системы:
Приравняв правые части двух последних уравнений, получим:
Из
полученного соотношения видно, что dс и dp всегда имеют противоположные знаки.Следовательно, увеличение скорости течения в канале (dс>0) возможно лишь при уменьшении давления в нем (dp<0). Наоборот, торможение потока (dc < 0) сопровождается увеличением давления (dp > 0).
Слайд 36Длина сопла и диффузора невелика, а скорость течения среды в
них достаточно высока, то теплообмен между стенками канала и средой
при малом времени их прохождения настолько незначителен, что в большинстве случаев им можно пренебречь и считать процесс истечения адиабатным (qвнеш=0).При этом уравнение первого закона термодинамики для потока
принимает вид:
Слайд 37Следовательно, ускорение адиабатного потока происходит за счет уменьшения энтальпии, а
торможение потока вызывает увеличение энтальпии.
Энергия рабочего тела (РТ) на входе
и выходе из устройств (сопло, лопатки диска, диафрагмы) турбины определяется значениями абсолютных с, относительных w, и окружных u скоростей.
Слайд 38Абсолютная скорость с – это скорость движения потока относительно неподвижного
корпуса турбины.
Абсолютная скорость с равна геометрической сумме относительной w
и переносной (окружной) u скоростей.Относительная скорость w – это скорость движения потока относительно вращающегося диска турбины.
Вектор ее направлен по касательной к кромке на выходе или входе в устройства турбины.
Вектор окружной u скорости, направленный по касательной к данной точке устройства турбины.
Слайд 39Векторы окружной и абсолютной скоростей образуют угол α; векторы окружной
и относительной – угол β.
Величину и направление относительной скорости
на входе в каналы лопаток находят из треугольника скоростей:Кинематика потока в проточной части ступени
Слайд 40где – окружная скорость вращения лопаток;
где Dср – средний диаметр ступени, м , nо –
частота вращения рабочего колеса, об/мин.Вследствие потерь на трение и завихрения в межлопаточных каналах относительная скорость потока на выходе w2 будет меньше w1, что учитывается коэффициентом скорости межлопаточных каналов φл, т.е.
Слайд 41Абсолютная скорость потока с2 , покидающего рабочие лопатки, уменьшается из-за
преобразования кинетической энергии потока в работу и частично из-за изменения
относительной скорости.Ее вектор можно найти путем векторного сложения скоростей:
Слайд 42Движущийся поток действует на рабочие лопатки с силой Р.
Проекция
этой силы на ось машины Рz (осевая сила)
воспринимается подшипниками, предотвращающими смещение ротора вдоль оси.Проекция этой силы на направление окружной скорости Рu (окружная сила) вызывает вращение ротора.
Слайд 43Если воспользоваться диаграммой скоростей потока, то согласно закону сохранения импульса
(количества движения) окружную силу можно найти из выражения
а осевую силу
– из выражения:где m – массовый расход рабочего тела через ступень, кг/с.
Слайд 44Удельная работа ступени, развиваемая одним килограммом рабочего тела, равна произведению
силы Рu на путь, пройденный лопаткой в секунду, т.е. на
скорость u, деленному на расход рабочего тела:Отношение удельной работы ступени к располагаемому теплоперепаду Δhт называется КПД ступени:
здесь Δh – располагаемый теплоперепад при условии, что скорость на входе в сопловой аппарат со равна нулю.
Слайд 45КПД ступени является важным показателем, поскольку он определяет общий КПД
турбины.
На величину КПД ступени и другие ее характеристики решающее влияние
оказывают отношение скоростей u/с1 и степень реакции (реактивность), под которой понимается отношение теплоперепада, превращенного в кинетическую энергию потока в рабочем колесе (h1 – h2), ко всей подведенной тепловой энергии (h о – h2):Турбина с Ωт = 0 называется активной, а с Ωт > 0 – реактивной. Полностью реактивных турбин (с Ωт > 0,6) не строят.
Слайд 46В активных турбинах подвод рабочего тела к рабочему колесу производится
через одно или несколько сопл – парциально.
При этом отношение длины
окружности, занятой соплами, ко всей длине окружности направляющего аппарата называют степенью парциальности.В реактивных турбинах рабочее тело подводится через неподвижные межлопаточные каналы направляющего аппарата по всей окружности.
Слайд 47Рассмотрим изменение параметров рабочего тела в активной и реактивной ступенях
осевой турбины.
Графики изменения давления, скорости и энтальпии в активной (а)
и реактивной (б) ступенях
Слайд 48В активной турбине тепловая энергия РТ переходит в кинетическую только
в сопловом аппарате и поток «активно давит» на лопатки рабочего
колеса, вращая его.Давление РТ в рабочем колесе не меняется.
В реактивной турбине лишь ≈ 50% тепловой энергии РТ переходит в кинетическую в направляющем аппарате, остальные же ≈ 50% – в межлопаточных каналах рабочего колеса, где за счет истечения РТ с большой скоростью возникает реактивная сила.
Поэтому сила давления на лопатки рабочего колеса складывается из активной и реактивной составляющих.
Слайд 49Зная степень реактивности Ωт, можно определить скорость РТ на входе
в колесо:
где φл = 0,93÷0,98 – опытный коэффициент скорости межлопаточных
каналов.
Слайд 50Оптимальное значение u/с1 для активной ступени можно определить с помощью
модели тележки с лопаточным профилем.
Треугольники скоростей с наименьшей выходной скоростью
для реактивной турбины
Слайд 51Полное превращение энергии потока в энергию движения тележки произойдет при
условии, что выходная скорость с2 = 0.
Но, w1 = с1
– u (с1 и u известны). Тогда из соотношений с2 = w2 – u и w1 = с1 – u следует, что при с2 = 0 скорости w2 = w1 = w, т.е. w1= u и u/с1 = 0,5.
В реальных условиях с2 ≠ 0, поэтому задача сводится к отысканию условий получения с2min → 0.
Слайд 52Если принять с1= const, углы β1= β2 и изменить u,
то из треугольника скоростей видно, что с2 будет минимальной при
направлении ее вдоль оси 00.Отсюда для активной ступени
Слайд 53Треугольники скоростей реактивной ступени обычно симметричны.
Т.к. форма направляющих и
рабочих лопаток одинакова.
Тогда осевые скорости с1 = с2 и в
итоге получим вполне выгодное равенство с выгодным значением:
Слайд 54Т.о., при одинаковых с1 частота вращения рабочего колеса у активных
турбин примерно в два раза меньше, чем у реактивной.
И наоборот,
при одинаковых u (т.е. одинаковые мощности) скорость пара с1 у активной турбины должна быть в два раза выше, а число ступеней меньше чем у реактивной.Большое число ступеней и меньшие теплоперепады, срабатываемые в них, делают реактивные турбины более экономичными, хотя и более громоздкими и сложными, чем активные.
Слайд 55Поскольку частота вращения турбин достигает n = 30 000 ÷ 40 000
об/мин, для применения их на сухопутном и морском транспорте, где
у двигателей n < 2000 ÷ 4000 об/мин, приходится вводить шестеренчатые редукторы, резко увеличивающие размеры и вес.
