HS – Ступень турбины

Порты, Свойства, Параметры, Совместимые блоки, Физическая модель, Сопутствующие материалы
в палитре на схеме

Блок реализует модель ступени турбины. При прохождении через ступень турбины рабочее тело теряет свою внутреннюю энергию, совершая работу и расширяясь в соответствии с табличной характеристикой. Является дочерним для блоков HS – Канал, HS – Труба и HS – Кольцевой зазор.

Характеристика турбины представляет собой набор из четырёх таблиц, хранящихся в соответствующем табличном файле с расширением «tbl»:

1. Таблица коэффициента сопротивления.

Представляет собой коэффициент сопротивления ступени турбины как функцию:

аргумент X: приведённого расхода;

аргумент Y: приведённой частоты вращения;

2. Характеристика КПД.

Представляет собой КПД турбины или относительный перепад энтальпий как функцию:

аргумент X: приведённого расхода или степени расширения;

аргумент Y: приведённой частоты вращения;

3. Моментная или мощностная характеристика.

Для турбин не используется.

4. Таблица, определяющая типы приведённых параметров и коэффициенты пересчёта.

Рисунок 1. 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 коэффициента сопротивления.
  2. Таблица с характеристикой КПД.
  3. Таблица с мощностной или моментной характеристикой.

Рисунок 2. Номера таблиц обозначены по горизонтали цифрами 1, 2, 3

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

Рисунок 3. Номера параметров обозначены по вертикали цифрами 1 - 6

Для таблицы №1:

1. Тип аргумента X в таблице:

где G – абсолютный массовый расход через турбину [кг/с];

Tin – температура на входе в турбину [K];

Pin – давление на входе в турбину [Па];

kg – коэффициент пересчёта из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица.

2. Значение коэффициента kg:

Пример 1: если при использовании первого типа приведённого расхода таблица заполнена в кг/ч, то kg=3600.

Пример 2: если при использовании второго типа приведённого расхода таблица заполнена в (кг⋅K0.5)/(c⋅бар), то kg=10⁵.

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 Pout – давление на выходе из турбины [Па];

S – площадь проходного сечения, при котором рассчитывалась характеристика [м2];

ρ – плотность рабочего тела на входе в турбину, при котором рассчитывалась характеристика [кг/м3];

kξ – коэффициент пересчёта из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица.

6. Значение коэффициента kξ:

Примечание: для функции Z в таблицу заносится не kξ, а kξ-1/(S2⋅ρ), где S – площадь проходного сечения, при котором рассчитывалась характеристика (обязательно в м2), ρ – плотность рабочего тела на входе в турбину, при которой рассчитывалась характеристика (обязательно в кг/м3).

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.

5. Тип функции Z в таблице:

где ƞ=(Cp⋅∆Tад)/(hin - hout) – 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.

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

Рисунок 4. Пример реализации модели турбокомпрессора за счет механической связи турбины с компрессором при помощи ротора

Порты наверх ↑

  • MPORT - механический порт для подключения совместимых блоков

Свойства наверх ↑

  • Номер элемента Element (Константа) - номер элемента гидравлического канала, которому принадлежит объект
  • Наличие механического порта MPort (Константа) - механический порт необходим для подключения объекта к ротору
  • Номинальная частота вращения, Гц wnom (Константа)
  • Частота вращения (относительная) w (Переменная) - текущая относительная частота вращения объекта (используется при условии отсутствия подключения к ротору)
  • Характеристика FileName (Константа) - имя файла с универсальной характеристикой объекта
  • Цвет tcolor (Константа) - цвет блока на схемном окне

Параметры наверх ↑

  • Напор, Па _pnas
  • Коэффициент сжатия _e
  • Объемный расход, м³/с _qnas
  • Массовый расход, кг/с _gnas
  • 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
  • Аргумент Y для для характеристики степени расширения _e_W
  • Аргумент X для характеристики КПД _kpd_G
  • Аргумент Y для характеристики КПД _kpd_W

Совместимые блоки наверх ↑

При помощи механической связи блок может соединяться со следующими блоками:

Является дочерним для блоков HS – Канал, HS – Труба и HS – Кольцевой зазор.

Физическая модель наверх ↑

Установка блока на канал или трубу обеспечивает вычисление коэффициента сопротивления, формирующего перепад давления на турбине, в соответствии с заданной характеристикой (с учётом площади проходного сечения и текущей плотности теплоносителя):

где kξ – коэффициент пересчёта из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица;

ξПР – приведённое значение коэффициента сопротивления, взятое из таблицы;

K – коэффициент, записываемый в нормировочную таблицу [1/(кг⋅м)];

S – площадь проходного сечения, для которого рассчитывалась характеристика [м2];

Sтек – текущая площадь проходного сечения [м2];

ρ – плотность теплоносителя на входе в турбину, для которой рассчитывалась характеристика [кг/м3];

ρтек – текущая плотность теплоносителя на входе в турбину [кг/м3].

Убыль тепловой мощности от указанного элемента гидравлического канала/трубы вычисляется через КПД или относительный перепад энтальпий:

где kƞ, kh – коэффициенты пересчёта из СИ в единицы измерения, в терминах которых заполнена таблица.

Вышеуказанные величины передаются расчётному ядру для подстановки в уравнения сохранения импульса и энергиии соответственно.

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 ↑