Sομαδικές τουρμπίνες μετατροπή κινητικής ενέργειας/ενέργειας πίεσης σε μηχανική ενέργεια · αυτά χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με σύζευξη του στροβίλου με γεννήτρια.
Η πρακτική απόδοση του ατμοστρόβιλου ποικίλλει ανάλογα με το μέγεθος, τον τύπο και τις απώλειες τριβής. Παρόλο που η μέγιστη τιμή φτάνει το 50% για έναν στρόβιλο 1200MW, οι μικρές τουρμπίνες έχουν λιγότερη απόδοση. Η αποδοτικότητα του ατμοστρόβιλου μεγιστοποιείται με την επέκταση του ατμού σε διαφορετικά στάδια αντί για ένα μόνο στάδιο.
Οι στρόβιλοι ώθησης και αντίδρασης είναι δύο τύποι ατμοστρόβιλων. η απόδοση αυτών των στροβίλων ποικίλλει. Η επερχόμενη ενότητα εξηγεί την εξίσωση αποτελεσματικότητας.
Τύπος απόδοσης ατμοστρόβιλου
Πολλές παράμετροι ελέγχουν τον ατμό τουρμπίνα αποδοτικότητα. Ο ατμοστρόβιλος είναι εξοπλισμένος με ακροφύσιο/στάτορα και ρότορα. Ως εκ τούτου, η αποτελεσματικότητα κάθε συστατικού επηρεάζει απόδοση του στροβίλου.
Ο βασικός τύπος για τον υπολογισμό της απόδοσης του στροβίλου είναι
Αποδοτικότητα = Εργασίες που έγιναν στον στρόβιλο/την κινητική ενέργεια εισόδου ατμού
Αρχικά, ας ορίσουμε μερικές από τις αποδοτικότητες.
Απόδοση λεπίδας
Η απόδοση της λεπίδας ορίζεται ως, Ο λόγος της εργασίας που γίνεται στις λεπίδες διαιρούμενη με την κινητική ενέργεια εισόδου.
Απόδοση ακροφυσίων
Κάθε στάδιο του στροβίλου ώθησης είναι εξοπλισμένο με ακροφύσιο και λεπίδες. Ως εκ τούτου, η συνολική απόδοση επηρεάζεται από την απόδοση του ακροφυσίου,
Η απόδοση του ακροφυσίου ορίζεται ως: ο λόγος της κινητικής ενέργειας εξόδου από το ακροφύσιο στη διαφορά στις ενθαλπίες εισόδου και εξόδου του ατμού.
Σκηνική αποδοτικότητα
Η συνολική απόδοση του συνδυασμού ακροφυσίων και λεπίδας είναι γνωστή ως απόδοση σταδίου.
Η απόδοση του σταδίου επιτυγχάνεται πολλαπλασιάζοντας την απόδοση της λεπίδας με την απόδοση του ακροφυσίου.
Ισεντροπική αποτελεσματικότητα
Η ισεντροπική απόδοση είναι η θερμοδυναμική απόδοση. Αυτό είναι επίσης γνωστό ως η απόδοση του 2ου νόμου του στροβίλου.
Η ισεντροπική απόδοση είναι ο λόγος της πραγματικής εργασίας που παράγεται στον στρόβιλο προς τη μέγιστη δυνατή εργασία που έχει παραχθεί εάν έχει συμβεί η ιδανική ισεντροπική διαδικασία.
Απόδοση τουρμπίνας ώσης
Ο παλμός τουρμπίνας χρησιμοποιεί την κινητική ενέργεια του ατμού και τη μετατρέπει σε μηχανική ενέργεια. Η ενέργεια της πίεσης ατμού μετατρέπεται σε κινητική με τη βοήθεια ενός ακροφυσίου πριν εισέλθει στις λεπίδες του ρότορα σε στρόβιλο παλμού.
Η τελική απόδοση ενός σταδίου, δηλαδή ενός σετ ακροφυσίων και λεπίδων ατμοστρόβιλου παλμών, δίνεται ως,
(1)
(2)
Όπου είναι η απόδοση των λεπίδων,
(3)
Όπου, U είναι η ταχύτητα της λεπίδας, V1 είναι η ταχύτητα του ατμού εισόδου από το ακροφύσιο και το ΔVw είναι η διαφορά μεταξύ της συνιστώσας περιστροφής της ταχύτητας εισόδου και εξόδου
Και η απόδοση του ακροφυσίου είναι,
(4)
Πού, η1 και η2 είναι ενθαλπία εισόδου και εξόδου του ατμού αντίστοιχα.
Ας κάνουμε τη λεπτομερή ανάλυση της αποτελεσματικότητας του σταδίου,
Το τρίγωνο ταχύτητας του στροβίλου παλμού δίνεται παρακάτω.
Στο σχήμα, ο ατμός εισέρχεται από την κορυφή και φεύγει από το κάτω μέρος.
Vr είναι η σχετική ταχύτητα του ατμού
V είναι η απόλυτη ταχύτητα του ατμού
Vw είναι το συστατικό περιστροφής της ταχύτητας ατμού και Vf είναι το συστατικό ροής της ταχύτητας ατμού.
U είναι η ταχύτητα της λεπίδας
Α είναι η γωνία πτερυγίου οδηγού και β η γωνία λεπίδας
Τα επίθεμα 1 και 2 αντιπροσωπεύουν την είσοδο και την έξοδο, αντίστοιχα.
Το στοιχείο περιστροφής βοηθά στην περιστροφή της λεπίδας και το στοιχείο ροής βοηθά τη ροή ατμού πάνω από τον στρόβιλο. Ως εκ τούτου, δημιουργείται μια ορμή προς την κατεύθυνση της περιστροφής της λεπίδας λόγω της διαφοράς στο στοιχείο περιστροφής. Η εφαρμογή του νόμου της ροπής της ορμής δίνει
(5)
το r1=r2= r για στρόβιλο ώσης.
Ως εκ τούτου,
(6)
Τώρα,
(7)
(8)
(9)
Ως εκ τούτου, η τελική απόδοση λεπίδας είναι
(10)
(11)
Αντικαθιστώντας την απόδοση λεπίδας και την απόδοση ακροφυσίου στην εξίσωση απόδοσης σταδίου,
(12)
Τώρα ας μάθουμε το ΔVw,
(13)
(14)
Από το τρίγωνο ταχύτητας,
(15)
(16)
Αντικαθιστώντας αυτά τα δώρα,
(17)
(18)
Που,
(19)
Εφαρμογή ΔVw στην εξίσωση απόδοσης λεπίδας,
(20)
Από το τρίγωνο ταχύτητας,
(21)
(22)
k είναι η αναλογία των σχετικών ταχυτήτων, για τέλειες λείες λεπίδες, k = 1 και διαφορετικά, k είναι μικρότερη από 1.
Διαφοροποίηση της εξίσωσης απόδοσης ως προς το U/V1 και η εξίσωση με το μηδέν δίνει τα κριτήρια για τη μέγιστη απόδοση του στροβίλου. U/V1 είναι γνωστή ως λόγος ταχύτητας λεπίδας.
Αποδοτικότητα του στροβίλου αντίδρασης
Ας αναλύσουμε την αποτελεσματικότητα του στροβίλου αντίδρασης αναλύοντας τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα Τουρμπίνα αντίδρασης του Parson.Ο βαθμός αντίδρασης του στροβίλου parson είναι 50%. Ο ρότορας και ο στάτης είναι συμμετρικοί και τα τρίγωνα ταχύτητας είναι παρόμοια.
Η τελική εξίσωση απόδοσης λεπίδας του Turbine Parson's δίνεται παρακάτω,
(23)
Ο στρόβιλος αντίδρασης χρησιμοποιεί τη δύναμη αντίδρασης για να παράγει την ισχύ. Η ροή ατμού πάνω από τον στάτορα, ο ίδιος ο στάτης λειτουργεί ως συγκλίνων ακροφύσιο. Η ροή στον ρότορα ελέγχεται από σταθερά πτερύγια γνωστά ως στάτης. Σε στρόβιλο ώσης η πίεση παραμένει σταθερή ενώ ο ατμός ρέει πάνω από τον ρότορα, ωστόσο, στον στρόβιλο αντίδρασης η πίεση μειώνεται ενώ ο ατμός ρέει πάνω από τον ρότορα.
Ας αντλήσουμε την εξίσωση αποδοτικότητας.
Το σχήμα δείχνει το τρίγωνο ταχύτητας του στροβίλου αντίδρασης του Parson.
Στον στρόβιλο αντίδρασης, ο πρωταρχικός στόχος είναι να ανακαλυφθεί η συνολική ενέργεια που παρέχεται από τον ατμό.
Στην περίπτωση του στροβίλου αντίδρασης, η ενέργεια παρέχεται με τη μορφή ενέργειας πίεσης επίσης, επιπλέον της κινητικής ενέργειας. Επομένως, η εξίσωση της ενέργειας εισόδου περιλαμβάνει τον όρο κινητική ενέργεια και ενέργεια πίεσης. Ο όρος ενεργειακή πίεση μπορεί να αναπαρασταθεί με τη μεταβολή της συνολικής σχετικής ταχύτητας.
Τέλος, η συνολική ενέργεια εισόδου
Στον στρόβιλο αντίδρασης, ο πρωταρχικός στόχος είναι να ανακαλυφθεί η συνολική ενέργεια που παρέχεται από τον ατμό.
Στην περίπτωση του στροβίλου αντίδρασης, η ενέργεια παρέχεται με τη μορφή ενέργειας πίεσης επίσης, επιπλέον της κινητικής ενέργειας. Επομένως, η εξίσωση της ενέργειας εισόδου περιλαμβάνει τον όρο κινητική ενέργεια και ενέργεια πίεσης. Ο όρος ενεργειακή πίεση μπορεί να αναπαρασταθεί με τη μεταβολή της συνολικής σχετικής ταχύτητας.
Τέλος, η συνολική ενέργεια εισόδου
(24)
Για τον στρόβιλο του parson, V1 = Vr2, V2 = Vr1, α1= β2 και α2= β1
Εφαρμόζοντας αυτούς τους όρους,
(25)
(26)
Από το τρίγωνο ταχύτητας εισόδου, εφαρμόζοντας τον κανόνα Cosine,
(27)
Ως εκ τούτου, η εξίσωση της εισερχόμενης ενέργειας γίνεται,
(28)
(29)
Η δουλειά που γίνεται είναι παρόμοια με την τουρμπίνα παλμών,
(30)
(31)
(32)
(33)
Που,
(34)
Ως εκ τούτου,
(35)
Τελικά, ,
(36)
Εξ ου και η αποτελεσματικότητα της εξίσωσης,
(37)
Συνθήκη για μέγιστη απόδοση ατμοστρόβιλου
Είναι πάντα καλύτερο να λειτουργεί ο στρόβιλος με μέγιστη απόδοση.
Αναλύοντας την εξίσωση αποδοτικότητας που εξηγήθηκε παραπάνω, η μεταβλητή που μπορούμε να αλλάξουμε είναι U / V1 , ως εκ τούτου διαφοροποιώντας την εξίσωση ως προς U / V1 και η εξίσωση στο μηδέν αποδίδει τη συνθήκη για μέγιστη απόδοση.
Προϋπόθεση για μέγιστη απόδοση στροβίλου ώσης
Η εξίσωση για τη μέγιστη απόδοση του στροβίλου ώσης είναι,
(38)
Τώρα, ας αντλήσουμε την εξίσωση για μέγιστη απόδοση.
Η εξίσωση απόδοσης λεπίδας του στροβίλου ώσης είναι,
(39)
Διαφοροποιώντας το σε σχέση με , Για απλοποίηση ας πάρουμε ρ = U/V1
Ως εκ τούτου,
(40)
Η εξίσωση στο μηδέν δίνει,
(41)
(42)
Αυτή είναι η προϋπόθεση για τη μέγιστη απόδοση.
Η εφαρμογή αυτής της συνθήκης στην εξίσωση απόδοσης αποδίδει τη μέγιστη απόδοση λεπίδας.
(43)
(44)
Εάν οι λεπίδες είναι ισοειδείς, β1= β2, άρα c = 1, και για λείες λεπίδες k = 1.
Τέλος, η μέγιστη απόδοση του στροβίλου παλμών με ισοειδείς λείες λεπίδες είναι,
(45)
Συνθήκη για μέγιστη απόδοση του στροβίλου αντίδρασης
Η εξίσωση για τη μέγιστη απόδοση του στροβίλου αντίδρασης του parson είναι,
(46)
Τώρα, ας αντλήσουμε την εξίσωση.
Η εξίσωση απόδοσης του στροβίλου αντίδρασης Parson είναι,
(47)
Ας πάρουμε ρ =U / V1
Στη συνέχεια,
(48)
Διαφοροποιώντας αυτό σε σχέση με το ρ
(49)
Εξίσωση της παραπάνω εξίσωσης σε μηδενικές αποδόσεις,
(50)
Εφαρμόζοντας αυτό στην εξίσωση αποδοτικότητας αποδίδει τη μέγιστη απόδοση,
(51)
Καμπύλη απόδοσης ατμοστρόβιλου
Η καμπύλη μεταξύ ρ και είναι η καμπύλη αποδοτικότητας.
Η καμπύλη απόδοσης για τον ισοδύναμο στροβίλο ομαλής ώθησης για α = 20o φαίνεται παρακάτω,
Tη καμπύλη αποδοτικότητας του στροβίλου αντίδρασης του parson για α = 20o φαίνεται παρακάτω,
Fπαράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση των ατμοστρόβιλων
Τώρα, μπορούμε εύκολα να αφαιρέσουμε τους παράγοντες που επηρεάζουν τον ατμοστρόβιλο εξετάζοντας την εξίσωση απόδοσης.
Οι παράγοντες που επηρεάζουν τον ατμοστρόβιλο,
- Η γωνία λεπίδας (α1)
- Ταχύτητα εισόδου ατμού (V1)
- Η ομαλότητα της λεπίδας του στροβίλου (k)
- Γωνία λεπίδας στο ρότορα.
- Ταχύτητα λεπίδας (U)
Θερμική απόδοση του ατμοστρόβιλου
Οι μονάδες παραγωγής ατμού βασίζονται στον κύκλο Rankine. Ως εκ τούτου, η αποδοτικότητα του φυτού υπολογίζεται με βάση τον κύκλο Rankine
Η θερμική απόδοση των μονάδων παραγωγής ατμοστρόβιλων ορίζεται ως,
(52)
Το σχήμα δείχνει τον ιδανικό κύκλο Rankine, από το σχήμα η θερμική απόδοση μπορεί να υπολογιστεί ως,
(53)
Πώς να υπολογίσετε την απόδοση του ατμοστρόβιλου;
Η αποδοτικότητα είναι η αναλογία της εργασίας που αποκτήθηκε προς τη δεδομένη εργασία.
Η αποδοτικότητα του ατμοστρόβιλου μπορεί να υπολογιστεί μετρώντας την ποσότητα της εργασίας που παράγεται από τον στρόβιλο στην ποσότητα της παρεχόμενης ενέργειας. Η παρεχόμενη ενέργεια εξαρτάται από την είσοδο ατμού και η ισχύς εξόδου εξαρτάται από τον στρόβιλο.
Η εξίσωση για τον υπολογισμό της απόδοσης των στροβίλων εξηγείται σε προηγούμενες ενότητες.
Σε έναν ατμοηλεκτρικό σταθμό, υπολογίζουμε την αποδοτικότητα υπολογίζοντας την αναλογία ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται προς το ενεργειακό ισοδύναμο του καυσίμου που καίγεται. Η απόδοση των εγκαταστάσεων ατμού εξαρτάται από κάθε συστατικό, τα οποία περιλαμβάνουν ατμοστρόβιλο, λέβητα, αντλία, γεννήτρια ηλεκτρικής ενέργειας κ.λπ.
Πώς να βελτιώσετε την απόδοση του ατμοστρόβιλου;
Οι μέθοδοι βελτίωσης της απόδοσης των ατμοστρόβιλων είναι,
- Βελτιώστε το σχεδιασμό των λεπίδων τουρμπίνας.
- Ελαχιστοποιήστε τις απώλειες τριβής.
- Αυξήστε την ταχύτητα ατμού, που επιτυγχάνεται με τη βελτιστοποίηση της θερμοκρασίας και της πίεσης του ατμού.
- Ελαχιστοποιήστε τη διαρροή ατμού στον στρόβιλο
Γεια, είμαι ΜΜΕ του Οργανισμού Lambdageeks, συνδέομαι με έναν κορυφαίο οργανισμό. Έχω 12+ χρόνια εργασιακής εμπειρίας σε διαφορετικούς τομείς. Είμαι εδώ για να εκπληρώσω τις φιλοδοξίες μου και επί του παρόντος συνεισφέρω ως Συγγραφέας στο LambdaGeeks.