Notatki Maszyny Przepływowe - Projekt i Ćwiczenia

8/16/2019 Notatki Maszyny Przepływowe - Projekt i Ćwiczenia

1/30

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

Notatki: Maszyny przepływowe – projekt i ćwiczenia Prowadzący: doc. dr inż. Małgorzata Wiewiórowskapok.162 bud. A-4 pracował Łukasz Wicha


2/30

Notatki: Maszyny przepływowe – projekt i ćwiczenia

Opracował Łukasz Wicha Strona 2 z 30

Projekt 1 2 X 2009

I. Które z pojęć jest szersze: maszyny przepływowe czy maszyny cieplne? Odp. Maszyny przepływowe jest pojęciemszerszym, ponieważ dotyczy wszystkich maszyny, zaś maszyny cieplne to jedynie maszyny w które czynnik roboczy jestściśliwy.II.

Stan termodynamiczny gazu przepływający przez daną maszynę, odzwierciedla pra

cę tej maszyny

III.

Jakimi wielkościami można

charakteryzować gaz? Odp. C

iśnienie, objętość, masa, wilgotność, temperatura,entropia, entalpia, egzergia, ciepło właściwe, energia IV. Energię cieplną wyraża się poprzez entalpię V. Jak się mają tablice do wykresu i-s pary wodnej? Odp. Tablice i wykres i-s to to samo, tylko że na wykresie mamyprzedstawione wartości w postaci krzywych, a w tablicach wystarczy odczytać wartość liczbową VI. Ile i jakich parametrów trzeba podać, by wiedzieć o jakim gazie się jest mowa? Odp. Wystarczą dwa parametry, np.gęstość i ciśnienie, ponieważ parametry gazu są związane z równaniem Clapeyrona VII. Entalpia i entropia związane są z Zasadami Termodynamiki VIII. I Zasada Termodynamiki, mówi nam że energia jest zawsze stała w układzie zamkniętym IX. II Zasada Termodynamiki, mówi nam że podczas procesu wykonania pracy występują straty (w procesie zawszewystępuje dodatni przyrost entropii)

X. Czym się różni ciśnienie dynamiczny i ciśnienie statyczne? Odp. Cieśnienie dynamiczne występuje gdy jest ruch, ciśnieniu statycznym mierzyny gdy prędkość jest równa zero.

Ciśnienie

statyczne

Ciśnienie

całkowite

Ciśnienie

dynamiczne

XI. Gaz doskonały jest to matematyczny model gazu, spełniający następujące warunki: 1. brak oddziaływań międzycząsteczkowych z wyjątkiem odpychania w momencie zderzeń cząsteczek 2. objętość cząsteczek jest znikoma w stosunku do objętości gazu 3. zderzenia cząsteczek są doskonale sprężyste 4. cząsteczki znajdują się w ciągłym chaotycznym ruchu

XII. W maszynach przepływowych będzie się posługiwać zawsze wielkościami właściwymi

c – prędkość płynu

XIII. Liczba Reynoldsa jest to liczba charakteryzująca dany przepływ (laminarny lub turbulentny)XIV. Liczba Macha jest to liczba, która mówi nam jak się ma prędkość przepływu do prędkości krytycznej, najmniejszyprzepływ to przepływ krytyczny, występują w nim prędkość krytyczna i wszystkie warunki krytyczne

http://pl.wikipedia.org/wiki/Gazhttp://pl.wikipedia.org/wiki/Gazhttp://pl.wikipedia.org/wiki/Oddzia%C5%82ywania_mi%C4%99dzycz%C4%85steczkowehttp://pl.wikipedia.org/wiki/Oddzia%C5%82ywania_mi%C4%99dzycz%C4%85steczkowehttp://pl.wikipedia.org/wiki/Oddzia%C5%82ywania_mi%C4%99dzycz%C4%85steczkowehttp://pl.wikipedia.org/wiki/Cz%C4%85steczkahttp://pl.wikipedia.org/wiki/Cz%C4%85steczkahttp://pl.wikipedia.org/wiki/Cz%C4%85steczkahttp://pl.wikipedia.org/wiki/Oddzia%C5%82ywania_mi%C4%99dzycz%C4%85steczkowehttp://pl.wikipedia.org/wiki/Gaz


3/30



Ćwiczenia 1 5 X 2009I. Energia cieplna jest wyrażana entalpią właściwą dla:

1. gazu doskonałego, ciepło właściwe jest stałe 2.

gazu rzeczywistego, ciepło właściwe zależy od temperatury

– ciepło właściwe - energia wewnętrzna II. Płyny:

1. powietrze jako gaz doskonały 2. para wodna jako gaz rzeczywisty

III. Rodzaje kanałów: 1. Dyfuzor

Zjawisko sprężania, maleje prędkość, a ciśnienie wzrasta. Kanał ten będzie występował w sprężarkach 2. Konfuzor

Zjawisko rozprężania, wzrasta prędkość, a ciśnienie maleje. Kanał ten będzie występował w silnikach 3.

rura (stały przekrój)

Rura w określonych warunkach może spełniać rolę dyfuzora IV. Wszystkie parametry gazu są związane z równaniem Clapeyrona


4/30



V. Wykres i-s i linia nasycenia

K

x = 1

GAZWODA

t, p

W punkcie K występują wszystkie stany skupienia lód, woda i para wodna. Para wodna wilgotna oznacza, że to jest para iże w tej parze są kropelki wody. Na prawo od K jest to obszar prawej granicznej mówiącej o gazie, zaś lewa graniczna tojest woda. Wartości występujące na wykresie i-s to ciśnienie, temperatura, objętość właściwa, entalpia, entropia i stopieńsuchości. Objętość właściwa z jedną kreseczką

dotyczy pary w mieszance paro-w

odnej, zaś objętość właściwa z dwomakreseczkami dotyczy wody w mieszance paro-wodnej. Każdemu ciśnienie nasycenia odpowiada tylko jednatemperatura/ każdej temperaturze nasycenia odpowiada tylko jedno ciśnienie. Na zajęciach będziemy mówić o silnikach,w których temperatura pary będzie wynosić 535C zaś ciśnienie w zależności od zastosowania silnika może być 18MPa,13MPa, 4MPa. Entalpia dynamiczna jest równoważna energii kinetycznej właściwej. VI. Rodzaje dysz

1. dysza Bendemanna

0 1 prędkość poddźwiękowa

2. dysza Lavala

0

K

1 prędkość naddźwiękowa

VII. Liczba Macha

Prędkość przepływu płynu w zależności od prędkości dźwięku w takim samym ośrodku.

W przekroju krytycznym liczba Macha zawsze ma wartość równą 1 1


5/30



Ćwiczenia 12 X 2009I. Zadanie rachunkowe dot. turbiny I-stopniowej przeciwprężnej, ma ciśnienie większe od ciśnieniaatmosferycznego czyli ,1

1. Dane

4

3 ,5 13 2. Szukane, 3. Wykres

t1

p1

2s

1

5

3

4

1- rozprężanie 4-5 odparowanie2-3 skraplanie 5-1 przegrzewanie pary

3-4 podgrzewani

4. Wyliczenie sprawności turbiny 316

716 316 544,7 ,1 na podstawie wykresu i-s wyznaczamy entalpię 316

716 544,7 5. Wyliczenie strumienia masy (zapotrzebowania pary) ( ) ( ) 4316 716 ,8


6/30



6. Sprawdzić jak dysza będzie zastosowania w tym obiegu wyznaczamy stosunek ciśnień krytycznych (1 i 2 to para przegrzana) ,5 ,5

dla pary przegrzanej ,546

dla pary mokrej ,577 dla powietrza (gaz doskonały) ,58

przepływ poddźwiękowy gdy

przepływ naddźwiękowy gdy

w naszym przypadku będzie zastosowana dysza Lavala

7. Wyznaczyć pole przekroju krytycznego z równania ciągłości z stosunku ciśnień krytycznych ,546 wykresu i-

s odczytaliśmy wartości

1,1 86 , 5 wyznaczenie prędkości krytycznej dla pary przegrzanej =1,3

1,3,

11535

pole przekroju krytycznego , , 3 1


7/30



Ćwiczenia nr 3 19 X 2009I. Zadanie rachunkowe dot. układu przepływowego składającego się z dyfuzora (kanał rozszerzający się) ikonfuzora (kanał zwężający się) a czynnikiem roboczym jest powietrze, które traktujemy jako gaz doskonały. Punktykontrol

ne stawiamy zawsze na drodze przepływu tam gdzie jest zmiana pola przekroju.adanie zawsze analizujemy

między sąsiednimi przekrojami od wlotu do wylotu w naszym układzie.

1. Dane .1 7 .8 .8 3 2. Szukane ? ?

?

?

? ? 3. Rysunek pomocniczy

1 2 3

4. Wyliczenie

zaś prędkość dźwięku w danym ośrodku wyliczymy ze wzoru dla powietrza 1 . 4 8314

.79 . 1 8314 .798 .13

8314 8.84 87


8/30



z równania Clapeyrona wyliczymy objętość właściwą

1.41.861

347

347 .878 5. Zajmujemy się gazem, więc tylko strumień masy możemy wykorzystać, bo tam nie zmieniają się parametrygazu

.8 78 1 35,6 6. Analiza równania pracy dla przekroju 1-2

p1t1

p2

t2

dla gazu doskonałego

ł ł Temperatura całkowita jest stała dla całego układu przepływowego 3 78( ) 3( )1 338


9/30



7. Równania adiabaty w przekroju () .15

.65 .56 8. Wyznaczenie ciśnienia dla przekroju 3

dla powietrza .58

.8 9. Wyznaczenie temperatury dla przekroju 3 () 8 10. Wyznaczenie prędkości dla przekroju 3

Skoro 1 to 336 11. Wyznaczenie pola przekroju dla przekroju 3

.77


10/30



Projekt 2 15 X 2009

I. W turbinie maleje temperatura i ciśnienie (zjawisko rozprężania), a w związku tym wzrasta objętość właściwa,więc kierunek przepływu pary pokrywa się z kierunkiem wzrostu średnicy.II.

W części wysokoprężnej WP mamy najwyższe parametry pary ( 535 i dla turbiny 13K215

13),

która dopływa do turbiny z kotła, w tej części łopatki są najniższe. W części niskoprężnej NP strumień pary rozdziela sięna dwa strumienie, gdyby był jeden wylot pole przekroju znacznie by wzrosło wraz z łopatkami a to punktuwytrzymałościowego jest nie osiągalne (ostatnia łopatka w turbinie to jest rząd 1-1,2 m przy dwu strumieniowymwylocie).

III. Korpus, który zamyka turbinę jest dwuczęściowy, ponieważ zawiera on komory przez które przepływa parazasilająca turbinę w celu przyspieszenia nagrzania elementów, aby skrócić czas uruchomienia/odstawienia turbiny (5-6godzin). Wszystkie elementy turbiny muszą być równomiernie nagrzane w przeciwnym zarazie ulegną one zniszczeniu,powyginają się. Z tego względu nieodzownym elementem turbiny jest obracarka, aby wirnik obracał się do momentu ażturbina uzyska odpowiednią temperaturę. Wirnika w turbinie obraca się ok. 3 tys. m/s. IV. Jeden stopień turbiny składa się z dwóch wieńców, z wieńca na korpusie tzw. kierownica i z wieńca na wirnikutzw. kanał ruchome/wirnikowe. Część na dole w łopatce to tzw. stopka łopatki (ich rozmiary zależą od mocy turbiny .Łopatki turbiny są spięte taśmą metalową tzw. bandaż. Między łopatkami turbiny jest dysza (

Bendemanna lub Lavala),

która jest utworzona przez profil łopatki. Na wejściu do turbiny mamy I –

stopień turbiny regulacyjny, a zanim jest I –

stopień nieregulowany.V. Mając parametry na wejściu i na wyjściu, określimy ile będzie stopni, a następnie jak będą się zmieniać średnicestopnie nieregulowanych od pierwszego do ostatniego w tej części. Potem można każdy stopnień analizować oddzielnie. Parametry wyjściowe z jednego stopnia będą jednocześnie parametrami wejściowymi kolejnego stopnia.VI. Przy wyznaczeniu stopnia należy określić wszystkie parametry cieplne, przepływowe, geometrię stopnia,kinematyka stopnia, sprawdzić warunki na zginanie (warunki wytrzymałościowe), wyznaczyć moc, sprawność. VII. Parametry turbiny, które należy znać by móc zaprojektować stopień

1. Praca turbiny określona jest odcinkiem entalpii, więc znając wszystkie parametry na wlocie i wylocie zturbiny możemy te zagadnienie rozwiązać. 2. Pierwszy krok to analiza by mieć parametry na wejściu i wyjściu 3.

Do mocy potrzebny jest strumień masy

4. Parametry na wlocie ciśnienie temperatura entalpia

5. Mając prędkość możemy określić energię kinetyczną

6.

Parametry na wylocie

ciśnienie stopień wilgotności całkowity spadek entalpii przy rozprężaniu w stopniu całkowity spadek entalpii jaki mamy w dyspozycji w stopniu wskaźnik prędkości

wskaźnik reakcyjności (mówi o rodzaju turbiny) średnica podziałowa


11/30



Ćwiczenia nr 4 26 X 2009I. Zadanie rachunkowe dot. układu złożonego z kanału o przekroju stałym i później rozszerzającym się (rurapołączona z dyfuzorem)

1. Rysunek pomocniczy wraz z oznaczeniami

1c 1 2

2. Daneł. ,17 ł. 77 ,1 ,9

8

3.

Szukane

, , , , , , , , 4. Wyznaczenie temperatury w przekroju 1 z równania energii

31 5. Wyznaczenie prędkości w przekroju 1 313 6. Wyznaczenie ciśnienia w przekroju 1 ( ) ,17. Wyznaczenie objętości właściwej w przekroju 1

,86

8. Wyznaczenie z równania ciągłości strumienia masy 36,4 9. Wyznaczenie ciśnienia w przekroju () ,16 10. Wyznaczenie objętości właściwej w przekroju ,6 11. Wyznaczenie pola przekroju w przekroju 2

,8


12/30



Projekt 3 29 X 2009

I. Książka przydatna do projektowania: Stefan Perycz „Turbiny parowe i gazowe” II. Strata wylotowa poprzedniego stopnia wynosi :

, prędkość z poprzedniego stopnia jest równa prędkością

następnego stopnia

(

)

(

)

III.

Przejść z poprzedniego do następnego stopnia w turbinie

2s

p2

0

i0

2s

2

p2

hwyp

ΣwSuma strat

wewnętrzych

IV. Sprawność obwodowa ( ) ( ł ) V. Sprawność wewnętrzna


13/30



Ćwiczenia nr 5 9 XI 2009I. Przez dyszę płynie para wodna (gaz rzeczywisty), znamy następujące parametry

1. Rysunek pomocniczy

1s

p1

0

i0

p0

p0c

i0c

c02/2

2. Dane ,8 4 1,8 3. Szukane ? 4. Rozwiązanie

Mamy do czynienia z parą przegrzaną ,546 1,8,546 3,3

Wyznaczenie entalpii z wykresu i-s 33 334 Obliczenie szukanej prędkości ( ) 4 6 9


14/30



II. Prędkość wypływu pary z dyszy wynosi 7 , ciśnienie ,7MPa, temperatura 5ºC, wyznacz prędkośćkrytyczną w najwęższym przekroju dyszy jeżeli współczynnik strat prędkości bezwzględnej wynosi ,95 1. Rysunek pomocniczy

1s

p0

t0

1

0

p1

c1s2/2

i0

i1s

c12/2

i1

0

K

1 Δhd

2. Dane ,7 5 7 , 9 5 3. Szukane

? 4. Rozwiązanie Wyliczenie prędkości 737 (1 ) 658 Wyznaczenie na podstawie wykresu odmierzając odcinki strat Wyliczenie ,546 Wyznaczenie na podstawie wykresu

Wyliczenie


15/30



Ćwiczenia nr 6 16 XI 2009I. Wyliczenie trójkątów w teoretycznej turbinie akcyjnej

1. Rysunek pomocniczy

α1

β1

u

c1w1

u

w2

c2

β2

α2

2. Dane1,4 3

16º

5

, 9 5 3. Szukane ? ? ? ? ? 4. Rozwiązanie

Wyliczenie prędkości obwodowej

6 1 ,4 3

6

Wyznaczenie 314 Wyznaczenie 7 º Wyznaczenie 95

Wyznaczenie 14 Wyznaczenie 7 º


16/30



II. Trójkąty prędkości w teoretycznej turbinie akcyjnej 1. Dane1,1 3 14º

8 5 485º , 9 5 , 9 1 2. Szukane ? ? ?

?

?

3. Rozwiązanie Odczytanie z wykresu i-s 34 3118

Wyznaczenie 8 Wyznaczenie 755

Wyznaczenie 75 Wyliczenie prędkości obwodowej 6 1 ,1 3 6 173 Wyznaczenie 559 Wyznaczenie

1 8 º

Wyznaczenie 59 Wyznaczenie 349 Wyznaczenie

7 º


17/30



Ćwiczenia nr 7 30 XI 2009I. Trójkąty prędkości w teoretycznej turbinie reakcyjnej

1. Dane1,3 3

13º

3 36º 1, , 9 , 9 6 6º , 5 2. Szukane ? ?

? ? ? 3. Rozwiązanie

Odczytanie z wykresu i-s 316 34 Wyznaczenie 136 Wyznaczenie

(1)

363

Wyznaczenie 348 Wyliczenie prędkości obwodowej 6 1 ,3 3 6 4 Wyznaczenie 157 Wyznaczenie

3 º

Wyznaczenie 6º 4º Wyznaczenie 47 Wyznaczenie 6

Wyznaczenie 4 8 º


18/30


19/30



5. Rozwiązanie Odczytanie z wykresu i-s 38

364

Wyznaczenie 16 Wyznaczenie 658 Wyznaczenie 65 Wyliczenie prędkości obwodowej 6 1 , 3 6 188 Wyznaczenie

445 Wyznaczenie º Wyznaczenie Wyznaczenie

39

Wyznaczenie Wyznaczenie 3 7 º Wyznaczenie

4,6

Wyznaczenie i ł ł ( 1 ) 44,1 Wyznaczenie sumy strat na łopatce ł 68,7 Wyznaczenie

()


20/30



Wyznaczenie

()

Wyznaczenie ( ) 48,5 Wyznaczenie 87 Wyznaczenie ( ) 478


21/30



Ćwiczenia nr 8 7 XII 2009I. Wyznaczenie parametrów w turbinie reakcyjnej

1. Dane ,48

3 14º 9º 3 1 5º 5 36 ,8 ,75 , 9 6

8

1 ł

2. Szukane ? ? ? 3. Rysunek pomocniczy

2

1s

p0

t0

p2

1

0

Δhwyl

hi

Hs

p1

2s

Hw

Hk

= c1s2/2

c02/2

Δhd + Δhł

p0c

i0c

i0

i1s

∑hw


22/30



4. Rozwiązanie Wyznaczenie 333

Wyliczenie prędkości obwodowej

, 4 8 154 Wyliczenie prędkości obwodowej 6 ,98 Wyznaczenie

6 º Wyznaczenie

175

Wyznaczenie 195 Wyznaczenie 3 8 º Wyznaczenie

,16 Wyznaczenie z wykresu ( , ) ,88 Wyznaczenie Wyznaczenie

(1 )

(1 ) ,31 Wyznaczenie 8,4

Wyznaczenie 4


23/30



Wyznaczenie (1 ) ( 1 ) 4 Wyznaczenie ł

ł ( 1 ) 6 Wyznaczenie

8 6 Wyznaczenie ł 5 7


24/30



Ćwiczenia nr 9 14 XII 2009I. Wyznaczenie parametrów w turbinie kondensacyjnej

1. Dane 1,5 3

4ºą ł ,88 5º 9 5 44 ,95 3 18 2. Szukane

? ? 3. Rysunek pomocniczy

2

1s

p0

t0

p2

1

0

Δhwyl

hi

Hs

p1

2s

Hw

i0

∑hw

x2

= 0


25/30



4. Rozwiązanie Dławienie izentalpowe 3 Wyznaczenie

,3

8,73

Odczytanie z wykresu i-s 3418 168 6 Wyznaczenie 1,7 Wyznaczenie

369

Wyliczenie prędkości obwodowej 6 35 Wyznaczenie 4 Wyznaczenie

9,3

Wyznaczenie ł 11 Wyznaczenie 3663


26/30



Ćwiczenia nr 1 4 I 2010I. Wyznaczenie parametrów w sprężarce

1. Dane

º

,1 ,4 8 ,94 ,8 2. Szukane ? ? 3. Rysunek pomocniczy

2s

p2

2

1

p1

t1

t2

4. Rozwiązanie Temperatury ( )

( )

435 Temperatury 466 Wyznaczenie mocy sprężarki ( ) 1 1,5


27/30



II. Wyznaczenie parametrów w sprężarce 1. Dane º

18º

7 (współczynnik strat w chłodnicy) ,1 1,6 65 (dla ,1MPa 73K) ,75 ,85 2. Szukane ? ? 3. Rysunek pomocniczy

2

t1

p

p3

2s

2' t2'

p2

p1

p

3' t3'

p4

3

3s

4

4s

p2'

p3'

t2

t2s

t3

t3s

t4s

t4

E-1 E-2 E-3

E-4 E-5

1 2 2' 3 43'

Δp Δp

III III

4. Rozwiązanie Wyznaczamy ciśnienie ,5

Wyznaczamy ciśnienie (1 ) (1 ) ,7 Temperatury (

) (

)

389

Temperatury 46


28/30



Wyznaczenie strumienia masy powietrza 744 ,1 Wyznaczenie mocy sprężarki

( ) 1 31,6

Wyznaczenie bilansu mocy dla wymiennika ( ) ( ) ,31 Wyznaczamy ciśnienie

,65

Wyznaczamy ciśnienie (1 ) (1 ) ,67

Temperatury () ( ) 515 Temperatury

554 Wyznaczenie mocy sprężarki ( ) 1 73,1 Temperatury ()

( )

673 Temperatury 74

Wyznaczenie mocy sprężarki w III stopniu ( ) 1 15, Wyznaczenie mocy całkowitej sprężarki

9,9


29/30


30/30

Wyznaczenie prędkości ,8 118 Wyznaczenie

prędkości

4 Wyznaczenie cieśnienia ( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( )

,17 Wyznaczenie spiętrzenia ,7Wyznaczenie reakcyjności sprężarki ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( )( ) ( ) ( ) ,53

Notatki Maszyny Przepływowe - Projekt i Ćwiczenia

Documents

Transcript of Notatki Maszyny Przepływowe - Projekt i Ćwiczenia