Изучение энергетических характеристик активной турбины на модельном однофазном и двухфазном рабочем теле (120

Рис. 1.9. Графическое представление калибровочной зависимости

Рис. 1.10. Замеры показаний датчиков

21

При полной готовности к проведению работы, а также после выхода установки на заданный режим необходимо нажать кнопку «ЗАМЕР». После этого проводится запись текущих параметров и в поле «Произведенные замеры» появляется строка с датой и временем замера.

По результатам регистрации можно выбрать следующие команды.

«Удалить» – удаление последнего замера. «Очистить все» – удаление всех замеров.

«Создать отчет» – создание файла отчета с исходными и рассчитанными параметрами. В появившемся окне выбирается адрес, и вводится имя файла отчета. После нажатия кнопки «Сохранить» будет создан файл отчета.

4.3. Порядок работы с программным комплексом TurboLab

1.Запустить программу двойным щелчком мыши по ярлыку TurboLab на рабочем столе.

2.В появившемся окне выбора лабораторной работы (см. рис. 1.4) нажать соответствующую кнопку. Появится окно главного меню «настройки» (см. рис. 1.5).

3.При необходимости калибровки датчиков нажать на кнопку «Калибровка» (см. рис. 1.5) для перехода в режим (см. рис. 1.7).

4.Для калибровки датчиков нажимается соответствующая кнопка «Калибровка канала…» в окне (см. рис. 1.7).

5.При нажатии на кнопку «Калибровка канала…» появляется вспомогательное окно (см. рис. 1.8). В поле «Значение измеряемой величины» вводятся показания прибора измерения в единицах, выбираемых из выпадающего списка. При наличии отметки «Считывать с датчика» поле «Значение в вольтах» заполняется автоматически. В противном случае необходим ручной ввод. После каждого ввода следует нажать кнопку «Добавить». В случае ошибки – нажать кнопку «Удалить».

6.После ввода достаточного числа точек для калибровки выбирается степень аппроксимирующего полинома из выпадающего списка «Степень полинома». Далее следует нажать кнопку «Рассчитать». После расчета заполняются поля «Уравнение» и «Коэффициенты».

7.Для просмотра графика аппроксимации необходимо нажать на кнопку «Просмотр графика». В появившемся окне (см. рис. 1.9) желтым цветом будет показан график полинома с заданной степенью и зелеными квадратами – введенными исходными точками.

22

При сильном расхождении закрывают окно с графиком, изменяют степень полинома и вновь нажимают кнопку «Рассчитать».

8.По завершении калибровки нажимают кнопку ОК. Все рассчитанные коэффициенты будут автоматически сохранены на жесткий диск компьютера.

9.Для перехода в режим измерения нажать на кнопку «Замеры» (см. рис. 1.5) главного меню. В появившемся окне (см. рис. 1.6) в реальном времени будут отображаться значения измеряемых параметров и основных расчетных. Для проведения замера с датчиков нажать на кнопку «ЗАМЕР» (см. рис. 1.10), при этом в списке «Произведенные замеры» появится строчка с датой и временем замера. При необходимости ручного ввода измеряемых параметров нажать на кнопку «Ручной ввод» и в появившемся окне установить значения параметров и указать единицы измерения в соответствующих выпадающих списках.

10.Для создания отчета нажать на кнопку «Создать отчет». В появившемся окне указать путь и имя файла отчета и нажать на кнопку «Сохранить». Отчет сохраняется в формате HTML и включает измеренные показания датчиков и расчетные значения для каждого замера.

ВНИМАНИЕ! Не переходить на другие окна до создания отчета. Это повлечет потерю результатов замеров!

11. Для выхода из программы нажать на кнопку «Выход», а затем в появившемся окне – на кнопку «Выход из программы».

5. Методика обработки результатов эксперимента

После завершения эксперимента проводится вторичная обработка результатов с помощью микрокалькуляторов или пакета символьных вычислений, например MathCad.

5.1. Расчет действительных характеристик турбины

Результаты эксперимента заносят в таблицу (представлена далее). Затем эти данные обрабатывают в указанном порядке.

1. Расход рабочего тела через турбину (кг/с)

р* р m A 0 г ,

T0*

где А = 5,25 – постоянная величина; p0 ; pг – в МПа.

23

2. Располагаемая адиабатная работа газа (Дж/кг)

стоянная R = 287 Дж/(кг К).

3. Располагаемая мощность турбины (Вт)

N0 mLад.

4. По замеренному усилию на статоре гидротормоза определяют крутящий момент, переданный на гидротормоз (Н м),

Mг.т Pl,

где l – плечо рычага, прикрепленного к статору гидротормоза, может устанавливаться по заданию преподавателя в диапазоне

0,08 … 0,15 м.

5. Из баланса мощностей установки «турбина – гидротормоз» находят мощность на валу турбины (Вт)

Nт Mг.т .

6. Эффективный КПД турбины

е Nт .

N0

7. Действительная скорость истечения газов из сопла турбины

(м/с)

с1 2Lад ,

где – скоростной коэффициент сопла (принимается постоянным

= 0,92).

8.Окружная скорость на среднем диаметре лопаток (м/с)

U D2ср

9. Значения u/c1 находят для каждого u. По экспериментальным значениям строят график зависимости эффективного КПД е турбины от отношения u/c1.

24

Данная методика обработки результатов заложена в программный комплекс TurboLab, осуществляющий сбор и обработку экспериментальной информации в ходе проведения работы.

5.2. Расчет теоретических характеристик турбины на однофазном рабочем теле

После получения результатов с экспериментальной характеристикой турбины строят баланс мощностей (находят составляющие потерь) и теоретическую характеристику турбины в том же диапа-

зоне режимных параметров (значения , P0*, T0* берут из распечат-

ки результатов экспериментальной характеристики). Поскольку

выхлоп турбины происходит в атмосферу, p2 0,1 МПа. 1. Определяют адиабатную работу газа (Дж/кг)

2. Рассчитывают скорость истечения газа из сопла турбины (в м/с). Для активной турбины

с1 сад 2Lад ,

здесь скоростной коэффициент сопла для испытываемой турбины

= 0,92.

3.Окружная скорость на среднем диаметре рабочего колеса

(м/с)

U D2ср ,

где Dср = 0,125 м.

4. Находят отношение u/c1 для заданного значения угловой скорости (с–1) (берут из экспериментальных данных).

5. По треугольнику скоростей рассчитывают относительную скорость на входе в каналы рабочего колеса (м/с)

W1 C12 U 2 2UC1cos 1 ,

где угол установки сопла принимается 1 20 .

25

6. Относительная скорость на выходе из рабочего колеса для активной турбины (м/с) определяют по формуле

W2 = W1,

где – скоростной коэффициент рабочей решетки, рассчитываемый на тех же режимах, что и в эксперименте.

7. Коэффициент вычисляют в зависимости от условий входа потока в межлопаточные каналы рабочего колеса:

р(1 sin2 ),

где р = 0,823; – угол между направлением относительной скорости W1 на данном режиме и направлением относительной скоро-

ip

Рис. 1.11. Треугольники скоростей на входе в рабочее колесо для расчетного и нерасчетного режимов

Геометрические углы лопатки на входе и выходе

1л 2л 27 , тогда 1р 27 – (–4 ) = 31 .

Угол входа потока β1 на лопатки рабочего колеса, определяют из треугольника скоростей (см. рис. 1.11) для каждого экспериментального значения u/с1:

26

Далее находят угол , затем коэффициент и скорость W2. Считается, что на выходе из колеса поток в относительном

движении принимает направление лопатки, т. е. 2 = 2л = 27 .

8. Рассчитывают по теореме косинусов скорость потока на входе в абсолютном движении (м/с)

c2 w22 u2 2uw2 cos 2 .

9. Потери энергии в сопловом аппарате (Дж/кг)

L (1 2 )Lад.

Заметим, что Lφ = const, так как потери в сопловом аппарате не за-

висят от u/сад.

10. Потери энергии в каналах рабочего колеса турбины (Дж/кг)

w2

L (1 2 ) 21 ,

где – значение скоростного коэффициента на рассчитанном ре-

жиме.

11. Потери энергии с выходной скоростью (Дж/кг)

Lc c22 / 2.

12. Располагаемая работа на венце турбины (Дж/кг)

Lu Lад L L Lc . 13. Окружной КПД турбины

u Lu / Lад.

14. Значение окружного КПД турбины также подсчитывают по формуле Банки при ( 1л = 2л = 27о) и сравнивают с его значениями по п. 13.

15. Результаты эксперимента сводят в таблицу.

27

28

6. Отчет по работе

На основании проведенных расчетов теоретической характеристики и машинной обработки экспериментальных данных строится общий график зависимости относительных потерь от отношения u/c1 (рис. 1.12). За 100 берут значение Lад, т. е. относительную величину Lад /Lад = 1.

Рис. 1.12. Энергетический баланс работы активной газовой турбины

Зависимость uт f (u /c1) получают путем последовательного

вычитания из единицы относительных потерь L / Lад, L / Lад, Lc / Lад. Экспериментальные значения е = f (u /c1) наносят точками на графики (см. рис. 1.12). Относительные потери (Lт.д + Lут+L ) / Lад могут быть определены как разность между теоретической uт и экс-

периментальной зависимостью е = ƒ (u/c1), которая должна быть нанесена на график баланса работы турбины.

После окончания лабораторной работы каждый студент представляет отчет, содержащий:

1)принципиальную схему рабочего участка;

2)основные теоретические положения, краткое описание цели

исодержания работы;

3)порядок расчета характеристик турбины;

4)последовательность обработки экспериментальных данных;

29

5)таблицу замеренных и рассчитанных параметров, представленных в протоколе испытаний в виде таблицы;

6)энергетическую характеристику турбины, полученную теоретическим расчетом, с нанесенными экспериментальными точками и экспериментальной зависимостью u эксп = f (u/c1);

7)треугольники скоростей для заданного режима;

8)выводы.

7.Контрольные вопросы

1.Какие виды испытаний турбины могут проводиться при моделировании натурных условий?

2.Какие рабочие тела используют в процессе модельных испытаний турбины?

3.Каковы основные критерии подобия, используемые при сравнении модельных и натурных испытаний турбины?

4.Какие вы знаете основные составляющие потерь адиабатной работы турбины?

5.Каков окружный КПД турбины? Дайте определение.

6.Каков порядок операций при проведении испытаний?

7.Каким образом в ходе эксперимента изменяется частота вращения ротора?

8.Как определяется экспериментальный расход рабочего тела через турбину?

9.Какими параметрами газогенератора определяется температура рабочего тела?

10.Изменение каких показаний повлечет изменение плеча гидротормоза?

11.На что расходуется механическая энергия, подводимая турбиной к гидротормозу?

12.Какие параметры непосредственно измеряют в ходе испы-

тания?

13.Как влияет отношение u/c1 на окружной КПД турбины?

14.Как влияют коэффициенты скорости и на КПД турбины?

15.Как влияют углы потока 1 и 2 на КПД турбины?

30