Turbínový stroj s proměnnou geometrií - Variable geometry turbomachine

tento článek je sirotek, jako žádné další články odkaz na to. Prosím zavést odkazy na tuto stránku z související články; zkuste Najít odkaz nástroj pro návrhy. (Dubna 2017)

tento článek potřebuje další citace pro ověření. Prosím pomozte vylepšit tento článek podle přidávání citací ke spolehlivým zdrojům. Zdroj bez zdroje může být napaden a odstraněn. Najít zdroje: "Turbomachine s proměnnou geometrií"  – zprávy  · noviny  · knihy  · učenec  · JSTOR (Březen 2017) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony)

A turbínový stroj s proměnnou geometrií využívá pohyblivé lopatky k optimalizaci své účinnosti za různých provozních podmínek. Tento článek se týká pohyblivých lopatek používaných v kapalinových čerpadlech a turbínách turbodmychadla. Nezahrnuje široké použití pohyblivých lopatek v kompresorech s plynovou turbínou.

Výkonové charakteristiky turbínových strojů^[1]

Padám tekutina rychlosti v odpovídajících bodech turbínového stroje jsou ve stejném směru a úměrné rychlosti lopatky, pak provozní stav turbínového stroje ve dvou různých rychlosti otáčení budou dynamicky podobné. Pokud dva body, každý na odlišné křivce charakteristik průtoku hlavy, představují podobný dynamický provoz turbostroje, potom budou mít bezrozměrné proměnné (ignorování efektů Reynoldsova čísla) stejné hodnoty.

Obrázek 1. Bezrozměrné charakteristiky výšky a objemu odstředivého čerpadla

Koeficient hlavy

${ displaystyle psi = f_ {1} ! vlevo ({Q nad {ND ^ {3}}} vpravo), ,}$[1]

(1)

Účinnost

${ displaystyle eta = f_ {2} ! vlevo ({Q nad {ND ^ {3}}} vpravo), ,}$[1]

(2)

Výkonový koeficient

${ displaystyle P = f_ {3} ! vlevo ({Q nad {ND ^ {3}}} vpravo), ,}$[1]

(3)

Kde,

${ displaystyle N}$ je rychlost otáčení.

${ displaystyle Q}$ je průtok.

${ displaystyle D}$ je průměr oběžného kola.

Nerozměrná reprezentace je tedy velmi výhodná pro konvergování k jedné křivce výkonu, která by jinak vedla k více křivkám, pokud by byla zakreslena rozměrově. Obrázek 1 zobrazuje charakteristiky hlavy^[1] odstředivého čerpadla versus koeficient průtoku. V normálním provozním rozsahu tohoto čerpadla 0,03 3) < 0.06, charakteristické křivky hlavy se přibližně shodují pro různé hodnoty rychlosti (2 500 ot / min) a malý rozptyl může být způsoben účinkem Reynoldsova čísla. Pro menší účinnost průtoku, Q / (ND³) < 0.025, tok se stal nestálým, ale stále se objevují dynamicky podobné podmínky, tj. charakteristické křivky hlavy se stále shodují pro různé hodnoty rychlosti. Ale při vysokých rychlostech jsou u vyšších hodnot rychlosti pozorovány odchylky od jediné křivky. Tento účinek je způsoben kavitace,^[2] vysokorychlostní jev hydraulických strojů způsobený uvolňováním parních bublin při nízkých tlacích. tedy při mimoprojekčních provozních podmínkách, tj. Q / (ND³) < 0.03 a Q / (ND³) > 0.06, tok je nestabilní a dochází k kavitacím. Abychom se vyhnuli kavitaci, zvyšovali účinnost při vysokých rychlostech průtoku, uchýlili jsme se k turbínovému stroji s proměnnou geometrií.

Turbínový stroj s pevnou geometrií

Stroje s pevnou geometrií jsou navrženy tak, aby pracovaly za podmínek maximální účinnosti. Účinnost stroje s pevnou geometrií závisí na koeficient průtoku a Reynoldsovo číslo. Pro konstantní Reynoldsovo číslo, jak se zvyšuje průtokový koeficient, se také zvyšuje účinnost, dosahuje maximální hodnoty a poté klesá. Provoz mimo konstrukci je tedy zcela neúčinný a může vést k kavitaci při vyšších rychlostech proudění.

Turbínový stroj s proměnnou geometrií^[1]

Turbínový stroj s proměnnou geometrií používá k regulaci průtoku pohyblivé lopatky. Úhly lopatek se mění pomocí vaček poháněných servomotor (aktuátor ). Ve velkých instalacích zahrnujících mnoho tisíc kilowattů a tam, kde provozní podmínky kolísají, jsou zabudovány sofistikované systémy řízení. Turbínový stroj s proměnnou geometrií tedy nabízí lepší shodu účinnosti s měnícími se podmínkami proudění.

Obrázek 2 popisuje obálku optimální účinnosti^[1] pro turbínový stroj s proměnnou geometrií. Na obrázku každá z křivek ${ displaystyle (a, b a , c)}$ představuje různé stroje s pevnou geometrií. Účinnost turbínového stroje s proměnnou geometrií protíná bod maximální účinnosti pro každou z křivek ${ displaystyle (a, b a , c)}$.

Vzhledem k tomu, že lopatkové úhly jsou u turbínového stroje s proměnnou geometrií variabilní, zavádíme proto další proměnnou ${ displaystyle beta}$ do rovnice 1 a 2, která představuje nastavení lopatek. Můžeme psát:

Obrázek 2. Různé křivky účinnosti pro daný stroj získané s různým nastavením lopatek.

${ displaystyle psi = f_ {4} ( phi, beta), ,}$

${ displaystyle eta = f_ {5} ( phi, beta), ,}$

Kde, průtokový koeficient, ${ displaystyle phi = ! vlevo ({Q nad {ND ^ {3}}} vpravo). ,}$

Případně s

${ displaystyle beta = f_ {6} ( psi, phi), ,}$

${ displaystyle beta = f_ {7} ( eta, phi), ,}$

${ displaystyle beta}$ lze vyloučit a dát novou funkční závislost:

${ displaystyle eta = f_ {8} ( phi, psi) = f_ {8} ! vlevo ({Q nad {ND ^ {3}}}, {gH nad {N ^ {2 } D ^ {2}}} vpravo). ,}$^[3]

Účinnost čerpadla s proměnnou geometrií je tedy funkcí jak koeficientu průtoku, tak koeficientu přenosu energie.

Aplikace

V systému se používá technologie s variabilní geometrií turbomachine rychlonabíječka vznětových motorů, kde má turbo variabilní lopatky, které řídí tok výfukových plynů na lopatky turbíny. Turbodmychadlo s proměnnou geometrií^[4] má pohyblivé lopatky, které směrují tok výfukových plynů na lopatky turbíny. Pohony se používají k nastavení úhlů lopatek. Úhel lopatek se mění v celém rozsahu otáček, aby se optimalizovalo chování turbíny. Při vysokých otáčkách motoru jsou lopatky zcela otevřené a výfuk je plně směrován na lopatky turbíny. Při nízkých otáčkách motoru jsou lopatky téměř uzavřené, což vytváří úzký průchod pro výfuk. To zrychluje výfuk směrem k lopatkám turbíny a tím se rychleji roztočí.

Obrázek 3. Různá konfigurace lopatek

Viz také

• Kompresor.
• Turbodmychadlo s proměnnou geometrií.

Reference

externí odkazy

• „Nejdůvěryhodnější místo pro zodpovězení životních otázek“. Odpovědi. 2017-01-24. Citováno 2017-03-10.
• Tan, Paul. „Jak funguje geometrie variabilní turbíny?“. Paultan.org. Citováno 2017-03-10.