Исследование физических особенностей течения рабочего тела и характеристик гидропаровой турбины

• Автор: Шевелев, Денис Владимирович
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Калуга
• Количество страниц: 142 с. : ил.

Основные обозначения
ГЛАВА 1 Современное состояние вопроса. Обзор литературных данных и постановка задачи
1.1. Энергетическое использование вскипающих потоков
1.2. Теоретические исследования и модели течения вскипающего потока
1.3. Обзор методов экспериментального исследования двухфазных течений
1.4. Результаты экспериментальных исследований вскипающих потоков
1.5. Анализ работ и постановка задачи
ГЛАВА 2 Экспериментальное исследование особенностей истечения вскипающей жидкости из сопл
2.1. Экспериментальная установка
2.2. Геометрические характеристики исследуемых сопл
2.3. Система измерения параметров рабочего тела
2.4. Методика проведения эксперимента и обработки результатов испытаний
2.5. Оценка погрешности измеряемых величин
2.6. Результата исследований
ГЛАВА 3 Теоретическое исследование характеристик ГПТ
3.1. Расчетная схема
3.2. Вывод зависимости окружного КПД ГПТ с учетом скольжения фаз. Расчетная характеристика ГПТ
ГЛАВА 4 Экспериментальное исследование характеристик ГПТ
4.1. Тепловая схема гидропарового агрегата ГПА-10 в составе котельной
4.2. Экспериментальное определение насосного КПД РК ГПТ
4.2.1. Методика проведения испытаний и обработки экспериментальных данных
4.2.1.1. Перечень измеряемых параметров
4.2.1.2. Методика определения протечки рабочего тела через лабиринтное уплотнение
4.2.1.3. Методика определения насосного КПД
4.2.2. Результаты обработки экспериментальных данных, оценка погрешности определения насосного КПД
4.3. Экспериментальное определение характеристик ГПТ
4.3.1 Методика проведения испытаний и обработки экспериментальных данных
4.3.1.1. Перечень регистрируемых параметров
4.3.1.2. Режимы испытаний
4.3.1.3. Методика обработки экспериментальных данных
4.3.1.3.1. Определение мощности и КПД гидропаровой турбины
4.3.1.3.2. Методика приведения результатов эксперимента к расчетным условиям
4.3.1.3.3. Оценка погрешности измеряемых величин
4.3.2. Результаты обработки экспериментальных данных. Анализ результатов
4.3.3. Сравнение теоретической и экспериментальной характеристик ГПТ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основные обозначения
р - давление, Па;
В - барометрическое даление, Па;
/ - температура, °С;
С - массовый расход, кг/с;
Р- площадь, м2; х - степень сухости;
/ - длина, м;
Д <1 - диаметр, м; с - абсолютная скорость, м/с; м - относительная скорость, м/с;
И -теплоперепад, Дж/кг;
/ - энтальпия, кДж/кгК 5 - энтропия, кДж/кгК т - масса, кг; р - плотность, кг/м3; и - удельный объём, м3/кг, у - угол раскрытия сопла;
Ф - коэффициент скорости;
V - коэффициент скольжения;
л-кпд.
Индексы
.. .0,.. .„х - значение величины на входе; ...вых - значение величины на выходе;
...1 - значение величины на входе в сопло; ...2 - значение величины в конденсаторе ..., - параметры насыщения;
.. .т - теоретическое (расчетное) значение; ...ж- параметры жидкой фазы;
...пар~ параметры паровой фазы.

В настоящее время особую важность получила задача увеличения доли электроэнергии, вырабатываемой за счет нетрадиционных и возобновляемых видов энергоресурсов. Это связано, во-первых, с растущей стоимостью добываемого углеводородного топлива, и, во-вторых, с ратификацией нашей страной в 2004 году Киотского протокола по снижению выбросов парниковых газов в атмосферу.
Одной из составляющих комплексного решения данной задачи может быть полезное использование источников низкопотенциальной теплоты, например в виде воды с температурой 100—150°С. Температура этого энергоносителя слишком мала для экономически оправданной реализации паротурбинного цикла. Альтернативой паротурбинному циклу в данном случае может стать гидропаровой цикл. Реализация его возможна несколькими способами.
Одним из возможных вариантов практической реализации гидропарового цикла является гидропаровая турбина (ГПТ) [6], работающая по принципу сегнерова колеса, которая отличается простотой схемы и конструкции, не требует предварительной очистки воды. Такие турбины могут быть использованы для привода генератора или вспомогательных механизмов на промышленных предприятиях и геотермальных полях, как в составе проектируемого энергокомплекса, так и самостоятельно.
Теория сегнерова колеса при течении в нем однокомпонентного рабочего тела без фазовых переходов хорошо известна и изложена в литературе. Однако в соплах гидропаровой турбины движется вскипающая вода, при этом разгон парокапельного потока сопровождается дополнительными потерями энергии, возникающими в результате взаимодействия фаз. Эти потери будут зависеть от структуры потока и размеров капель.
В литературе недостаточно сведений об особенностях течения вскипающей воды в соплах и структуре возникающего парокапельного

Рис. 1.30. Зависимость изменения коэффициента скольжения фаз от температуры воды перед соплом
♦ - р0=1 МПа; ■ -р0=1.8МПа;* - р0=2.6 МПа; • -р0=5МПа
В указанной работе также проводилось исследование зависимости коэффициента скорости сопла в зависимости от угла раскрытия и сделан вывод о том, что не существует заметного влияния раскрытия расширяющихся сопл на их эффективность в диапазоне изменения углов от 12° до 30°. Увеличение угла раскрытия более 30° приводит к снижению эффективности работы сопл.
Подобная задача также ставилась в работах [17], [19]. Было произведено исследование характеристик двухфазной струи, образующейся в процессах адиабатного истечения вскипающей жидкости через сопла Лаваля. Опыты проводились с дистиллированной водой в диапазоне начальных давлений от 0,7 до 3,5 МПа. Истечение осуществлялось в атмосферу. На рис.1.8 приведено сравнение расчетного по равновесной модели и измеренного импульса реактивной тяги.
В этих же работах установлено, что существенное влияние на импульс тяги оказывает длина расширяющейся части сопла (рис 1.31). С её увеличением происходит рост импульса тяги. Максимальный импульс тяги был получен на сопле с а=12° (рис. 1.32). Дальнейшее увеличение угла