Роль и место турбомашин в современной технике, страница 5

Сжатие происходит от точки вх, полученной пересечением начальной изобары Pвх и изотермы Tвх. Реальный процесс идет по политропе Вх-К до изотермы Тк. Площадь, ограниченная политропой и конечными и начальными изобарами и изотермами соответствует политропической работе сжатия.

В идеальном случае процесс идет по изоэнтропе до точки ks, полученной пересечением конечных изобары Pk и изотермы Tks.

Площадь ограниченная этими линиями соответствует изоэнтропической работе сжатия. С учетом повышения температуры в результате выделившегося тепла от сил трения Tk>Tks

Рассмотрим процесс расширения в осевой турбине:

Расширение происходит от точки г, полученной пересечением начальной изобары Pг и изотермы Tг. Реальный процесс идет по политропе г-т до изотермы Тт. Площадь, ограниченная политропой и конечными и начальными изобарами в температурном интервале Тг-Тт соответствует политропической работе сжатия.

В идеальном случае процесс идет по изоэнтропе до точки Тs, полученной пересечением конечных изобары Pт и изотермы Tтs.

Площадь ограниченная этими линиями соответствует изоэнтропической работе сжатия. С учетом повышения температуры в результате выделившегося тепла от сил трения Tт>Tтs

Из P-V диаграммы видно для процесса расширения чем больше затрачиватся работы на преодоление сил трения, тем больше работы мы может получить на валу турбины, т.к растет Δ Lv . Не дает реальной оценки эффективности процесса расширения.

ИЗОБРАЖЕНИЕ В T-S КООРДИНАТАХ

Рассмотрим процесс сжатия в осевом компрессоре

Изоэнтропическая работа сжатия соответствует площади ограниченной пересечением конечных и начальных изобар Рвх-Рк и температур Tвх-Tks Изоэнтропический процесс идёт по изоэнтропе вх-кs без выделения тепла, т.к. силы трения отсутствуют.

Политропическая работа сжатия соответствует площади ограниченной пересечениями конечных и начальных изобар Рк , Рвх , в интервале температур Тк Твх тогда площадь соответствующая Lk ( 3-4-k-2),

Изображения сжатия в T-S координатах дает наглядную оценку всех работ в К. использую T-S координатах введем понятие эффективности.

ηks< ηкп т.к. политропический КПД учитывает только степень совершенства проточной части (силы трения), а ηks- учитывает степень совершенства процесса сжатия.

Турбина:

Уравнение энергии в механическом виде без учета изменения кинетической энергии потока:

Рг

Т

Г

TГ

Политропическая работа расширения – это площадь ограниченная конечными изобарами Pг-Pт в интервале температур Тг-Т (34ГТ2)

PT

4

ТТ

T

6

ТТS

ТS

Разность двух этих площадей есть работа на валу турбины Lт соответствует площади 34Г1

S

1

2

5

3

Изоэнтропическая работа Lтs это площадь ограниченная конечными изобарами Pк-Pт в интервале температур Тг-Тs и соответствует площади-56ГТs1

В силу эквидистантности изобар Рк и Рт в одинаковом температурном интервале площади 5643=12ТТs одинаковы. Тогда изоэнтропическая работа Lтs соответствует площади 34ГТsТт2 и ΔLv соответствует ТsГТ

Из Т-S координат видно, что чем несовершенен процесс расширения, тем выше температура за турбиной Т, тем больше площадь ТsГТ, соответствующая работе ΔLv, но также увеличивается площадь под политропой ГТ, которая соответствует затраченной работе на преодоление сил трения и как видно из Т-S координат Lтр на много больше ΔLv и оказывает преобладающее воздействие на работу турбины в сторону уменьшения.

Изоэнтропический КПД турбины:

В турбине наличие сил трения имеют полезную составляющую т.е. то тепло выделившееся в процессе их преодоления может быть полезно использовано.