Файл: Жаров Г.Г. Судовые высокотемпературные газотурбинные установки.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 202

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

в проточной части на трение газа. Эта температура не меняется в пре­ делах соплового венца (при адиабатическом процессе):

и меняется в венце рабочих лопаток на величину, соответствующую отбираемой в венце работе L B :

гр

гр

|

о

гр

 

о

 

гр

. і-в

1

і

I

. А'в

При отводе тепла q заторможенная температура в венце умень­ шается на величину qlcp, т. е. для направляющего венца

T\n = Tl»-^L

(51)

и для рабочего венца

 

 

 

tfp = 7 l P

- - ^

- - f .

(52)

 

ЬР

^р

 

Таким образом, температуру газа, при которой отводится тепло от газа в межпрофильном канале, в общем случае можно выразить фор­ мулой

77 = Г з — \ - d x -

Г "* ( T V - Г » ) ^

( 5 3 )

J Cry

J

Ср

 

I

I

 

 

где ТІ — температура торможения газа на поверхности лопатки на входе в данный венец.

При подстановке выражения (53) в (50) получают изменение энтро­ пии на любом участке проточной части, в том числе и на лопатках. Поток газа на рабочем венце поворачивает весьма плавно и, следо­

вательно,

работа L B отнимается от газа относительно равномерно по

ходу газа

в межлопаточном канале. Поэтому можно считать, что

понижение заторможенной температуры газа в венце рабочих лопаток

за счет

отбора

полезной

работы происходит линейно

от

темпера­

туры TZp

перед

венцом до

более низкой температуры ТАр

за

венцом

Второй интеграл в выражении (53) рассчитывают при известном

распределении

локальных

значений коэффициентов теплоотдачи ах

от газа к стенке лопатки, известном температурном поле на поверх­ ности лопатки, а также при известной температуре газа, омывающего лопатку. В каждом отдельном случае для заданного профиля лопатки можно определить расположение охлаждающих каналов и заданных

параметров газа на венце. Следовательно,

можно также определить

и изменение температуры газа при течении его в межпрофильном

ка­

нале, а затем и изменение энтропии газа по формуле (50).

 

Поскольку энтропия, температура и давление газа являются

функциями

состояния, то при

известной

степени расширения

газа

в венце (а

следовательно, и

давлении

его за венцом лопаток) по

известному значению энтропии газа вычисляют температуру и энталь­ пию газа за венцом:

т"л = гЫ,

/л,);

h = f(s4;

рл).

Это позволяет рассчитать уменьшение

полезной работы, получаемой

в венце, определить скорость газа и размеры проточной части и уточ­ нить во втором приближении изменение энтропии газа в венце.

As = 1-

 

Как

показали

произведен-

 

ные

расчеты,

характер

распре­

 

 

 

деления

коэффициентов

тепло­

 

 

 

отдачи

и

температуры

стенки

 

 

 

лопатки

 

по

контуру

профиля

 

 

 

обычно

таков,

что

 

количество

 

 

 

тепла, отбираемого

 

у

входной

 

 

 

п выходной

кромок

 

лопатки,

 

 

 

значительно больше, чем в сред­

 

 

 

ней

части межлопаточного ка­

 

 

 

нала, с плавным переходом меж­

 

 

 

ду

ними.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчеты, проведенные

путем

 

 

 

разбивки межлопаточного

кана­

 

 

 

ла на большое число (100)

 

 

 

участков

(рис.

68),

показали,

 

 

 

что энтропия

газа

значительно

 

 

 

меняется на входе и на выходе

Рис. 68. Изменение энтропии системы по

из канала

(соответственно

отби­

длине

охлаждаемой

лопатки.

раемому

 

теплу).

 

 

 

 

 

 

 

 

Как видно из рис. 68, это

изменение энтропии на венце можно аппроксимировать

 

достаточно

точно

прямой

линией от значения

энтропии

на

входе

 

в канал до

ее значения на выходе из канала. При линейном изменении энтропии газа в венце лопаток формула (50) принимает вид

 

As„

Qoxn

(54)

 

ср

 

 

 

где температура газа

 

' 9охл

 

ср

 

(55)

 

 

2сп

 

Таким образом, увеличение непревратимой части тепла за счет теплообмена на данном венце лопаток приближенно определяется по формуле

П ' = Т0( As. ср )

а в случае отдачи тепла в окружающую среду

! г. ср

108

Потеря Я' показывает увеличение непревратимой части тепла в про­ цессе его передачи в данном венце от газа к теплоносителю.

При понижении ( за счет отвода тепла) температуры газа на выходе из данного венца лопаток понижается соответственно и потеря в этом венце с уходящими газами

 

Д Я у х . г = ц — Ц — Т0 Asr )

(57)

где

i 4 — энтальпия газа за венцом без его

охлаждения;

Д— энтальпия газа за венцом при его охлаждении;

Т0 Asr — необратимая потеря тепла.

Сучетом формулы (46) потеря в венце составит:

П" = П — Д Я у х . г =

Т0 (AsT — Asr ) —

 

— (ц — І'І — То Asr ) = То AsT — (Ц — Q.

(58)

При отводе тепла в окружающую

среду с температурой

Т 0 без его

полезного использования эта потеря получается равной уменьшению полезной работы в данном охлаждаемом венце:

n" = q — (ц — Q.

(59)

Энтальпию і'і на выходе из охлаждаемого венца вычисляют, как ука­ зывалось выше, по известным из расчета неохлаждаемого венца эн­ тальпии г4, давлению д, и уменьшению энтропии газа Asr в процессе отвода тепла.

Изложенный в литературе [16] метод позволяет рассчитать изме­ нение давления за каждым венцом, связанное с отводом от венца тепла, путем определения полной энтальпии и энтропии газа за вен­ цом. Однако это изменение весьма мало, и его можно не учитывать. Следовательно, при расчете задаются отношения давлений в охлаж­ даемой турбине такие же, как и в неохлаждаемой турбине. При неиз­ менном отношении давлений в венце изменение температуры газа за венцом за счет охлаждения равно

т.; =

є'»

Кроме потери Я", связанной с передачей тепла теплоносителю в данном охлаждаемом венце, понижение температуры газа на выходе из венца вызывает уменьшение полезной работы в последующих вен­ цах турбины. С учетом этого вся потеря энергии в турбине за счет охлаждения t'-ro венца лопаток (или любого другого охлаждаемого элемента проточной части турбины, расположенного между 1-м и і + 1 -м венцами) равна:

k

Я = То AsT (iA - Q + £ (L - 1 о х л ) в ,

(60)

где

k — число охлаждаемых венцов турбины;

 

( L —

^ О Х л ) в

— уменьшение полезной работы в

последующих

 

 

за і-м венцах вследствие охлаждения t'-ro венца.

Последнее

слагаемое в формуле (60) представляет

собой суммар­

ное уменьшение полезной работы во всех последующих i-x венцах турбины за счет охлаждения 1-го венца. Процесс отбора тепла в венце можно представить на диаграмме Т—s (рис. 69). Линия 3—4 — про­ цесс расширения в неохлаждаемом венце, а линия 3—4" — процесс

 

4 5 т Л S T

Рис.

69. Процесс отбора тепла в венце охлаждаемой турбины

на

диаграмме.

расширения в венце при наличии охлаждения. Линия 4—4т — про­ цесс расширения газа в последующих венцах турбины, а линия 4"—4"т—процесс расширения в тех же венцах при понижении тем­ пературы на выходе из охлаждаемого венца до ТІ.

Площадь 3-—4—4"—3 изображает на диаграмме потерю полезной

работы в данном

венце от его охлаждения

(Я"), площадь фигуры

4—4т—А"т—4"—4

— уменьшение

полезной

работы

в

последующих

венцах турбины за счет охлаждения

первого. Фигура

4—4о—41—4"—

—4 изображает уменьшение потери с уходящими

из венца газами

(ДЯ у х . г ) . Все отведенное от венца тепло q в масштабе диаграммы изоб­ ражается площадью 3—4—4\—4\—3, а вся потеря полезной работы в турбине от охлаждения данного венца (Я) — фигурой 3—4—4т— 4"т—4"—3. Формула (60) не учитывает потерь в процессе утилизации тепла, отведенного в проточной части к теплоносителю.

Смотрите также файлы