8-900-374-94-44
Страница 30 из 65
Глава пятнадцатая
РЕГУЛИРОВАНИЕ ТУРБИН С ОДНИМ ОТБОРОМ ПАРА
§ 57.
Принципиальная схема регулирования турбин ВТ-25-3 и АП-25-2
Эта схема обеспечивает следующее действие элементов регулирования и парораспределения.
а) При работе турбины с отбором пара изменение электрической нагрузки вызывает одинаково направленное перемещение клапанов парораспределения на впуске пара в турбину и регулирующей диафрагмы, поддерживающей постоянство давления в отборе.
б) Изменение количества отбираемого пара при постоянной электрической нагрузке влечет за собой противоположно направленную перестановку регулирующих клапанов свежего пара и регулирующей диафрагмы. При увеличении отбора регулирующие клапаны дополнительно открываются, а регулирующая поворотная диафрагма закрывается (т. е. пропуск пара в конденсатор уменьшается). При уменьшении отбора регулирующие клапаны закрываются, а регулирующая диафрагма открывается.
Положение дросселя II определяется расходом масла через золотник регулятора скорости. Давление на кольцевую поверхность суммирующего золотника сверху равно 12 кГ/см
Суммирующие золотники № 1 и 2 имеют еще две группы окон, обеспечивающих переменное поступление и слив масла из двух проточных линий В и Г, от которых отбирается импульсное давление масла к золотникам сервомоторов регулирующих клапанов свежего пара и регулирующей диафрагмы отбора. Как видно из схемы (фиг. 73), при неподвижном суммирующем золотинке № 2 движение вверх суммирующего золотника № 1 увеличит поступление масла в проточные системы В и Г при неизменном сливе из них. В связи с этим давление импульсного масла в обеих системах возрастет и откроются дополнительно как регулирующие клапаны свежего пара, так и регулирующая диафрагма.
Слив из системы В увеличится, а из системы Г уменьшится, в связи с чем клапаны свежего пара пойдут на закрытие, а регулирующая диафрагма отбора дополнительно откроется, увеличив пропуск пара в ступени низкого давления. Это повлечет за собой восстановление давления в отборе при сохранении постоянства электрической нагрузки. При понижении давления в отборе перемещения элементов системы будут происходить в обратном направлении.Принципиально важным для работы системы регулирования и маслоснабжения и в данном случае, так же как для систем регулирования конденсационных турбин, является то, что слив масла из сервомоторов клапанов высокого давления и регулирующей диафрагмы происходит в систему смазки. Когда при быстрых изменениях нагрузки редукционный клапан, поддерживающий постоянство напорного давления масла, резко прикрывается, слив из сервомоторов компенсирует уменьшение пропуска масла к подшипникам через редукционный клапан.
Блок суммирующих золотников (фиг.
74) представляет собой промежуточное гидравлическое устройство, находящееся под воздействием регулятора скорости и регулятора давления и обеспечивающее связь каждого из двух регуляторов с обеими системами парораспределения — клапанами свежего пара и регулирующей диафрагмой отбора (см. § 57).
По конструкции суммирующие золотники турбин ВТ-25-4 и AП-25-2 однотипны и различаются между собой только размерами регулирующих окон букс и расстояниями между заплечиками золотников.
Блок суммирующих золотников состоит из двух подвижных золотников 1 и 2, вставленных в неподвижные буксы 3 и 4, переключателя регулятора давления, состоящего из золотника 5 с ручным маховичком 8 и буксой 6, и дросселя 7. Дроссель имеет общую буксу с переключателем регулятора давления.
73) как «суммирующий золотник № 1», а золотник 2 и букса 4 обозначены на той же схеме как «суммирующий золотник № 2».
Действительно, при изменении давления масла под золотниками вследствие изменения количества масла, сливаемого через золотник регулятора скорости или регулятора давления, нарушается равновесие сил, действующих на суммирующий золотник, и тогда он Перемещается в том направлении, которое необходимо для восстановления под ним давления масла около 6 кГ/см2. Так, например, при снижении давления под золотником сила постоянного давления 12 кГ/см2 действующая сверху, переместит золотник вниз, что увеличит открытие впускных окон а и, несмотря на повышенный слив масла через золотники регуляторов, давление в полости IV или V восстановится, а суммирующий золотник окажется в новом положении. При повышении давления масла под золотинками их перемещение будет обратным, что вызовет закрытие впускных окон а, и давление в камерах IV и V станет опять равным около 6 кГ/см2.
73). Напорное масло из полости золотника № 1 через регулирующие окна в его буксы поступает в камеры II и III. Затем масло через соответствующие регулирующие окна в буксе золотника № 2 попадает во внутреннюю полость Е этого золотника, откуда сливается через окна в его верхней части в камеру VI, имеющую соединение с масляным баком. Таким образом, образуются две параллельные системы, в которых давление в камерах II и III зависит от положения золотников № 1 и 2. Камера II соединена маслопроводом с тупиковой камерой под золотником сервомотора клапанов свежего пара, а камера III — с тупиковой камерой над золотником сервомотора регулирующей диафрагмы отбора пара.
Камера III имеет перегородку, отделяющую золотник № 1 от золотника № 2. Связь между обеими частями камеры III возможна только через буксу 6 переключателя регулятора давления. Когда турбина работает на конденсационном режиме, золотник переключателя находится на переднем упоре и окна д перекрыты заплечиками золотника 5.
При этом обе части камеры III разобщены между собой. Второй заплечик золотника 5 перекрывает окна е, соединяющие пространство под суммирующим золотником № 2 (камеру V) с регулирующими сливными окнами буксы регулятора давления. В этом положении переключателя давление в той части камеры III, которая соединена с камерой над золотником сервомотора регулирующей диафрагмы, становится близким к напорному, так как слив из камеры III, происходящий через золотник № 2, невозможен из-за разобщения обеих частей камеры III переключателем. При повышенном давлении над золотником сервомотора отбора регулирующая диафрагма полностью открыта, что и требуется при работе турбины на конденсационном режиме.
Для включения регулятора давления и перевода турбины с конденсационного режима на работу с отбором пара вращением маховичка 8 против часовой стрелки переводят золотник переключателя на задний упор. При этом окна д и е в буксе 6 открываются последовательно — окна д через 8—10 оборотов маховичка, а окна е через 18—19 оборотов.
При открытии окон д масло из камеры III поступит к суммирующему золотнику № 2, давление в камере III и над золотником сервомотора отбора снизится и регулирующая диафрагма отбора прикроется на величину, требующуюся для повышения давления пара в отборе. Полный ход переключателя между передним и задним упором равен 30 мм, что соответствует 30 оборотам маховика переключателя.
Для предотвращения самопроизвольного перемещения переключателя при работе турбины, в конструкции его предусмотрено специальное фиксирующее приспособление, укрепленное на внешнем щите колонки регулятора давления возле штока переключателя, описание которого приводится ниже.
В кольцевую выточку штока золотинка переключателя, находящегося на упоре, входит конец рычага 11, прижимаемою к штоку пружиной 13. Для перемещения золотника необходимо нажать на кнопку 12 и повернуть несколько раз маховичок 8 золотинка, после чего отпустить кнопку 12 и продолжай) вращение маховичка. Рычаг при этом будет скользить по поверхности штока до тех пор, пока не войдет во вторую кольцевую выточку на нем.
Расстояние между выточками равно ходу золотника между упорами.
Как указывалось при описании принципиальной схемы регулирования (§ 57), проточная система регулятора давления снабжена дросселем, обеспечивающим требуемое положение суммирующего золотника № 2 при конденсационном режиме работы турбины. Это положение близко к верхнему упору золотника.
Дроссель золотника № 2 расположен на одной оси с золотником переключателя регулятора давления и имеет с ним общую буксу.
Дроссель состоит из золотника 7, входящего в буксу 6. Положение этого золотника устанавливается при испытании на заводе и фиксируется штифтом 9. При конденсационном режиме, когда нижний заплечик золотника переключателя закрывает окна е, масло из-под золотника № 2 (камера V) поступает к регулирующим окнам регулятора давления только через окна ж дросселя. Площадь окон ж меньше площади регулирующих щелей буксы регулятора давления, находящеюся на верхнем упоре (т. е. при выключенном отборе). Таким образом, положение золотника № 2 при закрытом переключателе определяется сливом через окна ж дросселя.
Открытие окон дросселя производится при регулировке его положения вращением наружного конца золотника 7 по часовой стрелке, что выполняется при заводских испытаниях блока суммирующих золотников. При эксплуатации турбины положение дросселя, установленное на заводе, не должно подвергаться изменению.
Для удаления воздуха из всех тупиковых камер золотников и корпуса имеются отверстия Ø 1 мм. При ревизии турбины нужно проверять чистоту всех этих отверстий, так как скопления воздуха вредно отражаются на работе регулирования.
org/ListItem»> Основы гидротехникиа—активной; б—реактивной
Величина располагаемой работы L0, т. е. максимально возможной работы турбины без потерь, определяется адиабатическим перепадом тепла hад (теплоперепадом) от параметров газа в заторможенном состоянии на входе в турбину (Рвх; Твх) до давления на выходе Рвых.:
где: R, k — показатель адиабаты и газовая постоянная рабочего тела турбины, соответственно;
Твх и Рвх —
заторможенные значения температуры и
давления газа перед турбиной,
соответственно; Рвых — давление газа за
турбиной.
Отношение адиабатического перепада тепла, срабатываемого на рабочих лопатках, к полному перепаду тепла на ступени называется степенью реактивности:
Классификация турбин на осевые, радиальные и тангенциальные производится по направлению газового потока, рис.81.
Рис.81
Осевыми турбинами называются турбины, в которых направление потока в меридиональном сечении параллельно (или почти параллельно) оси турбины
Радиальными
называются турбины, в которых направление
потока в меридиональном сечении
перпендикулярно оси турбины. В зависимости
от направления потока газа различают
центростремительные (направление потока
от периферии к центру) и центробежные
(направление потока от центра к периферии)
турбины. В некоторых случаях применение
радиальной турбины упрощает компоновку
ТНА.
Тангенциальными называются турбины, в которых газ движется по окружности в плоскости, перпендикулярной к оси турбины, и за счет трения увлекает за собой лопатки турбины.
По числу ступеней различают одноступенчатые и многоступенчатые турбины, рис.82.
Рис.82
а—со ступенями скорости; б— со ступенями давления;
в—с поворотом газа
В многоступенчатой
турбине газ после выхода из лопаток
колеса попадает в спрямляющий (сопловой)
аппарат и снова поступает на колесо во
второй ряд рабочих лопаток. Количество
ступеней может равняться двум, трем и
более. Применение многоступенчатых
турбин позволяет использовать больший
теплоперепад, хотя установка ступеней
связана с дополнительными гидравлическими
потерями, вследствие чего максимальное
значение КПД многоступенчатой турбины
меньше, чем КПД одноступенчатой.
Применение более двух ступеней дает
незначительный выигрыш в работе.
Различают многоступенчатые турбины со ступенями скорости и со ступенями давления. В первых — перепад давлений срабатывается в сопловом аппарате первой ступени, и полученная кинетическая энергия постепенно используется на других ступенях. В турбине со ступенями давления в каждой ступени срабатывает определенный перепад давления. Турбины со ступенями скорости имеют меньший КПД, по сравнению с турбинами со ступенями давления, однако, при их применении:
— требуется меньшее количество ступеней для срабатывания заданного теплоперепада (при одинаковой окружной скорости).
— более существенно снижается температура газа, поступающего в последующие ступени;
— значительно уменьшаются осевые силы.
В целом турбины со ступенями скорости проще и в сравнительно небольших ЖРД целесообразны. В двигателях больших тяг с выбросом генераторного газа в окружающую среду, когда эффективность ТНА играет существенную роль, возможно применение турбин со ступенями давления.
Разновидностью
многоступенчатой турбины со ступенями
скорости является турбина с поворотом
подвода газа В этих турбинах газ из
рабочих лопаток колеса поступает в
поворотный канал, где изменяется
направление потока, и повторно подводится
к рабочему колесу.
Такая турбина имеет
большие потери, но зато рабочее колесо
имеет один венец. Известно применение
турбины с поворотом потока в ЖРД
«Вальтер».
По степени использования проходного сечения соплового аппарата различают парциальные и непарциальные турбины Парциальными называются турбины, в которых сопловые каналы имеются только на части окружности. Отношение рабочей дуги соплового аппарата ар ко всей окружности называется степенью парциальности:
Парциальность вызывает дополнительные потери. В ряде случаев улучшение КПД турбины за счет увеличения и и за счет увеличена длины лопаток получается большим, чем падение его вследствие потерь на парциальность. Кроме того, при заданной температуре газа температура лопаток парциальной турбины ниже.
По числу валов различают одновальные и двухвальные турбины. Схема двухвальной турбины показана на рис.83.
Применение
двухвальной турбины в ТНА ЖРД может
оказаться целесообразным из-за
значительной разницы в максимально
допустимых числах оборотов насосов
горючего и окислителя.
Однако применение
двухвальных турбин в ТНА может привести
к усложнению запуска и регулирования
двигателя, а также и усложняет конструкцию
ТНА в целом.
Специфика условий работы турбины в ТНА и требования к ТНА, как важнейшему агрегату двигательной установки, определяют типы турбин, которые рационально использовать при различных схемах двигательных установок ЖРД. В ТНА жидкостных ракетных двигателей применяются главным образом осевые активные турбины. Эти турбины конструктивно проще и достаточно надежны в работе. Для ТНА жидкостных ракетных двигателей, работающих по открытой схеме (с выбросом генераторного газа в окружающую среду),
Рис.83
Изучить принцип работы ветряной турбины легко, если вы сначала убедитесь, что знаете , как работает турбогенератор.
Схема ветряной турбины выше представляет собой вид сбоку ветряной турбины с горизонтальной осью с лопастями турбины слева.
Большинство современных ветряных турбин построены с горизонтальной осью, подобной той, что показана на рисунке.
На рисунке также показана обычная ветряная турбина, а это означает, что для эффективной работы турбины нос и лопасти турбины должны быть обращены к ветру.
Чтобы узнать больше о том, как работают ветряные турбины, можно начать с рассмотрения приведенной выше схемы и изучения каждого компонента ветряной турбины.
Пошаговый просмотр каждой части ветряной турбины на схеме выше:
(1) Обратите внимание на рисунок, что направление ветра дует вправо и в носовую часть ветряной турбины сталкивается с ветром.
(2) Носовая часть ветряной турбины имеет аэродинамическую конструкцию и обращена к ветру.
(3) лопасти ветряной турбины крепятся к носу и ротору и начинают вращаться при достаточной скорости ветра.
(4) Главный вал турбины соединяет вращающиеся лопасти с внутренними механизмами машины. Вал турбины вращается вместе с лопастями и является механизмом, передающим вращательную/механическую энергию лопастей электрическому генератору.
(5) A тормоз устанавливается для предотвращения механических повреждений от сильного ветра и высоких скоростей вращения. Он также может останавливать турбину, когда в ней нет необходимости.
(6) Редуктор используется для увеличения скорости вращения вала турбины. Коробка передач работает как шестерня на велосипеде, когда шестерни меняются, скорость вращения тоже меняется. Затем он передает энергию вращения на вал высокоскоростной турбины и на генератор.
(7) 9Вал высокоскоростной турбины 0018 соединяет коробку передач и генератор. Высокие скорости вращения — это то, что вращает турбогенератор.
(8) Турбогенератор – это наиболее важная часть работы ветряной турбины. Турбогенератор преобразует механическую энергию ветра в электрическую энергию, используя вращающую силу, передаваемую от шестерен и вала турбины.
(9) Анемометр – устройство для измерения скорости ветра. Обычно они устанавливаются, чтобы дать контроллеру команду остановить или запустить турбину при определенных условиях скорости ветра.
(10) Контроллер устанавливается на случай, если скорость ветра достигает нежелательной скорости, анемометр может дать указание контроллеру использовать тормоз и остановить вращающиеся лопасти. Контроллер также используется для запуска вращения лопастей и ротора при низких скоростях ветра.
(11) флюгер — это прибор для измерения направления ветра. Флюгер важен для направленных вверх ветряных турбин, которые должны быть обращены к ветру, чтобы работать должным образом.
(12) Привод рыскания в механизме, который получает данные от флюгера и дает команду ветряной турбине повернуться лицом к ветру.
(13) Двигатель рыскания – это устройство, которое физически поворачивает турбину по направлению ветра или в соответствии с указаниями привода рыскания.
(14) Башня турбины содержит электропроводку, поэтому генератор может подавать электроэнергию в трансформатор или аккумулятор, который в конечном итоге будет распределять полезную электроэнергию. Башня также является важной структурной опорной системой, которая удерживает турбину высоко в воздухе, где скорость ветра более желательна.
(15) Ветряная турбина хорошо работает на открытом воздухе и при сильном ветре благодаря тому, что все компоненты установлены наверху башни турбины и безопасно размещены внутри турбины гондола .
Башня и гондола ветряной турбины обычно изготавливаются из цилиндрической стали и могут поддерживаться растяжками и растяжками или стоять отдельно, используя решетчатое стоячее основание.
Опять же, на этой диаграмме показан пример ветряной турбины с горизонтальной осью, направленной против ветра, которая может быть сделана из стали и иметь высоту в несколько этажей. То, как работает ветряная турбина, требует не только тщательного проектирования, но и вдумчивого анализа и стратегии, чтобы найти желаемые места с достаточной скоростью ветра.
Сколько энергии производят ветряные турбины?
В 1919 году немецкий физик Альберт Бетц обнаружил, что ни один ветряк не может физически уловить более 59,3% кинетической энергии ветра. Простой способ объяснить это состоит в том, что если бы ветряная турбина когда-либо захватывала 100% ветра, через другую сторону лопастей ветряной турбины не проходил бы ветер. Если нет ветра, проходящего с другой стороны, то, согласно физическому закону движения ветра, больше не будет места для прохождения ветра через переднюю часть ветряной турбины, что сделает ветряную турбину бесполезной.
3 )
Обратите внимание на взаимосвязь каждой переменной в уравнении и на то, как она связана с работой ветряной турбины. Площадь лопасти ротора (A) имеет прямую положительную зависимость от выходной мощности, а скорость ветра (v) имеет положительную кубическую зависимость от выходной мощности.
Количество электроэнергии, которое может генерировать ветряная турбина, в основном зависит от размера турбины, площади, охватываемой лопастями турбины, плотности воздуха и скорости ветра. Общая конструкция ветряной турбины также имеет решающее значение для того, насколько эффективно лопасти могут захватывать ветер.
Меньшие ветряные турбины, используемые для лодок, караванов или небольших машин, обычно производят от 250 Вт до 100 киловатт ветровой электроэнергии. Некоторые из самых больших ветряных турбин в мире производят около 7 мегаватт электроэнергии.
Важно помнить, что скорость ветра непостоянна, поэтому теоретическая мощность электроэнергии, которую может производить ветряная турбина, представляет собой максимальный потенциал выработки энергии, который редко достигается.
Фактическая энергия, вырабатываемая ветровой турбиной, в соотношении с теоретическими ожиданиями ветряной турбины называется коэффициентом мощности.
Ветряная турбина мощностью 10 киловатт в районе со скоростью ветра около 12 миль в час будет производить около 10 киловатт-часов ветровой электроэнергии в год, что примерно соответствует количеству, необходимому для снабжения электроэнергией среднего домохозяйства.
Ветряная турбина мощностью 5 мегаватт может производить около 15 миллионов киловатт-часов ветровой электроэнергии в год, что может обеспечивать электроэнергией более 1000 домохозяйств.
Вывод: Ветряная турбина работает только тогда, когда дует ветер, и понимание того, как работает ветряная турбина, означает понимание аэродинамики ветра и лопастей, а также знание того, как турбогенератор вырабатывает электричество. По своей сути ветряная турбина работает, позволяя ветру вращать турбогенератор.
Большинство современных пассажирских и военных самолетов оснащены
газотурбинные двигатели, которые также называют
реактивные двигатели. Реактивные двигатели представляют собой сложные механизмы с множеством движущихся частей. части. Чтобы понять, как работают машины, инженеры часто рисуют упрощенные диаграммы, называемые схема двигателя. Схема часто представляет собой плоский двухмерный чертеж двигателя. представляющие важные компоненты. Это не должно быть «картинка» двигателя, а только для указания важных частей двигатель. На этом слайде мы показываем трехмерную компьютерную модель форсажного ТРД вверху и соответствующий схематический рисунок внизу. Различные части на модель компьютера помечены, а соответствующие части на указаны схемы. Когда мы обсуждаем основы турбореактивный, турбовентиляторный, и турбовинтовой эксплуатации, мы будем использовать подобные схематические рисунки. В качестве дальнейшего сокращения для инженеров-двигателей, местоположения
на схеме двигателя присвоены номера станций . Почему инженеры присваивают номера станциям?
Во-первых, это упрощает язык, используемый при описании операции.
газотурбинного двигателя. С этим
соглашение о нумерации, инженеры могут ссылаться на «вход турбины».
температура» как просто «T4», или «давление на выходе компрессора» как
«П3». Это делает технические отчеты, документы и разговоры много
более лаконичным и понятным.
Во-вторых, в ГТД станции соответствуют началу
и окончание термодинамических процессов в двигателе. |
Реактивные двигатели бывают разных
форм и размеров, но все реактивные двигатели имеют определенные детали
в общем.
Бесплатно
условия потока помечены 0 и вход в
вход — станция 1 . Выход из входа,
что является началом компрессора,
помечен как станция 2 .
Выход компрессора и горелка
вход станция 3 а выход горелки
и турбина
вход на станцию 4 . Выход турбины — станция 5 и
условия потока перед камерой дожигания возникают на станции 6 .
Станция 7 находится на входе в патрубок
а станция 8 находится на горловине форсунки . Некоторые насадки имеют
дополнительная секция ниже по течению от горловины, которая будет станцией 9 .