Гідропарова реактивна турбіна

Пдропарова реактивна турбіна, яка містить ротор, що складається з послідовно з'єднаних по Гідропарова реактивна турбіна відноситься до області енергомашинобудування і може бути використана в геотермальній енергетиці як первинний двигун для перетворення енергії термальної води в механічну енергію, для використання скидних термальних вод різних технологічних процесів в тих самих цілях, а також як детандер на газорозподільчих станціях магістральних газопроводів, для перетворення енергії скиду тиску газу в механічну енергію Відома гідропарова активно-реактивна турбіна яка складається зі статора і шнекового ротора і призначена для перетворення енергії термальної води в механічну [1] Недоліком аналогу є низький ККД турбіни і велика ймовірність утворення накипу на гвинтовій поверхні при випаровуванні мінералізованої термальної води, що погіршує її гідродинамічні характеристики Відома гідропарова реактивна турбіна [2], виконана у вигляді ротора, який складається з послідовно з'єднаних пустотілого валу, радіального каналу і реактивного сопла, яка прийнята за прототип Недоліком прототипу є недостатнє використання енергії потоку термальної води, яка перетворюється в механічну, наявність значних гідравлічних втрат у проточній частині ротора внаслідок двократного повороту потоку струменюводи на 90° (вал - радіальний канал реактивне сопло) рожнистого вала, радіального каналу і реактивного сопла Лаваля, яка відрізняється тим, що додатково містить корпус, в якому встановлений дисковий ротор з виконаними у диску криволінійними каналами, які спряжені з соплами і порожниною порожнистого вала, при цьому радіус кривизни каналів дорівнює хорді дуги каналу, а площа їхнього поперечного перерізу визначається за формулою f= ZW, Де V - об'ємна витрата води, W - швидкість води в каналі, Z - число каналів В основу винаходу поставлена задача вдосконалення пдропарової реактивної турбіни шляхом виконання дискового ротора турбіни з криволінійними каналами в диску, які з'єднані з соплами Лаваля і порожниною порожнистого валу дискового ротора, встановленого в корпусі турбіни Поставлену задачу вирішують тим, що гідропарова реактивна турбіна, що містить ротор, який складається з послідовно з'єднаних порожнистого вала, радіального каналу і реактивного сопла Лаваля, додатково включає корпус, в якому встановлений дисковий ротор з виконаними у диску криволінійними каналами, які спряжені з соплами Лаваля і порожниною порожнистого вала, при цьому радіус кривизни каналів дорівнює хорді дуги каналу, а площа їхнього поперечного перерізу визначається за формулою f = V / (ZW), де V- об'ємна витрата води, W - швидкість води в каналі, Z число каналів Виконання криволінійних каналів в диску ротора, між порожниною порожнистого вала і реактивними соплами, призводить до виникнення відцентрової сили при прямуванні в них маси води [3], яка впливає па ротор турбіни по величині рівній Р= т, г де m - маса і швидкість води, г - радіус кривизни каналу, що створює додатковий обертаючий (О ю З 45699 момент ротора, підвищуючи потужність турбіни, а 2 збільшення кута повороту потоку води між криво10* 9,81-10' лінійними каналами і соплами, знижує гідравлічні де u = 61,5 м/сек - окружна швидкість сопла втрати енергії потоку води Внаслідок прямолінійЛаваля (розрахунок наведений нижче) Швидкість ного потоку пароводяної суміші в частині сопел у вузькому перерізі сопла Лаваля, що розширюються, в яких має місце випаWt^g(Pt~Pi)l0 =^9,6(38,6-2)10=84,5 м/сек, ровування води, зменшується утворення накипу і де Р1 - тиск насичення води ерозійний вплив на робочі поверхні сопел Ступінь сухості х і вологості у пароводяної суНа фіг приведений розріз пристрою, пдропаміші на вході і виході сопла Лаваля при тиску сурової реактивної турбіни, що заявляється, яка міші 2 і 1,05 бар ВІДПОВІДНО складається із корпусу 1, з вихлопним патрубком 119-100 6, дискового ротора 2, що включає порожнистий '=0,0352; уг =1-^=0,964, г 539 вал, спряжений з диском 3, в якому виконані криде н та І2 - ентальпія води на виході із сопла волінійні канали 4 із соплами Лаваля 5, які з'єднані Питомий об'єм пароводяної суміші на вході і з порожниною пустотілого валу, підшипниками виході сопла кочення 7 3 м /кг Гідропарова реактивна турбіна працює таким , ^2=0,964-0,001=0,0352=0,057 чином Термальна вода під тиском надходить в поротут и" - питомий об'єм пари при Р = 1,05 бар жнину пустотілого вала ротора 2, з якого, внасліШвидкість суміші на виході із сопла 2 док насосного ефекту при обертанні ротора, вода n м/сек, подається в порожнину криволінійного каналу 4 де ДР = 1 бар - перепад тиску, що спрацьовує радіус кривизни якого дорівнює хорді дуги каналу, і в соплі, и с н - середній питомий об'єм суміші в соппри русі в ньому виникає відцентрова сила маси лі води, яка створює додатковий обертаючий момент Окружну швидкість сопла визначаємо з рівноротора На початку реактивного сопла Лаваля 5 сті .2 уи = Р II ' 1 НІ тиск води зростає на величину де u - окруж на швидкість ротора, у - питома вага води, g - гравітаційна стала [2] Потужність, яка витрачена турбіною на компресію води, компенсується потужністю потоку води в змичній частині сопла Лаваля 5, (без урахування гідравлічних втрат) У вузькому перерізі сопла тиск води зменшується до тиску насичення при якому відбувається випаровування води, яке закінчується на зрізі частини сопла, що розширюється Швидкісний потік пароводяної суміші, витікаючи із сопла, створює реактивне зусилля і основний обертовий момент ротора 2 і потім викидається з турбіни через патрубок 6 Сумарний обертаючий момент ротора від реактивної сили в реактивному соплі Лаваля 5 і відцентрової сили в криволінійному каналі 4 ротора 2 забезпечує істотне підвищення потужності пдропарової турбіни, що заявляється Приклад виконання пдропарової турбіни, яка перетворює енергію термальної води в механічну, що заявляється, наведений для таких параметрів термальної води з геотермального джерела України - тиск води в усті Р = 3 бар, -температура води t = 119°С, - витрата води (дебет свердловини) G = 16 кг/сек Тиск на виході сопла Лаваля приймаємо таким, що дорівнює атмосферному Порівняльний розрахунок потужностей пдропарової турбіни, що заявляється і турбіни прототипу виконаний у припущенні одиничного сопла Лаваля в диску ротора без урахування гідравлічних втрат у гідравлічному тракті ротора, що істотно не вплине на результати аналізу Тиск термальної води перед соплом Лаваля, визначаємо по формулі [2], де m - масові витрати води, Рі - реактивне зусилля, що виникає при витіканні пароводяної суміші із сопла Звідси знаходимо У,_113_^ и ~ 2 2 " р -mW^"g 1 6 •113=177 кґ 9,81 Потужність пдропарової турбіни, одержувана в результаті впливи реактивної сили рі Відцентрова сила (активне зусилля), яке виникає за одиницю часу при русі води в криволінійному каналі дискового ротора, радіусом г = 0,08м, при довжині каналу І = 0,16м, поперечному його перерізі f = 5 10 м і числом каналів z = 4 [3] „' т W} __ Ї6 '• =1300 кг/сек, gr ~~ЩТ0,08 Де ш V _ 16-0,001 _ й 4 - > l u м/сек - швидкість термальної води в каналі, V - об'ємна її витрата Час перебування води в криволінійному каналі Активна сила, що впливає на стінку каналу за час т Р3 =р[ -7=1300-0,02=26 кг. Активне зусилля на радіусі Г установки сопла 2 Лаваля де гі - радіус прикладення активного зусилля Сумарне значення активної і реактивної сили й окружної швидкості ui 45699 P=J>S+P3=177+13=190KT Р ЮЛ к, ^ £ ^ 5 6 . 5 ^ = 6 0 , 5 м/сек Потужність парової турбіни a j ' 1,56,5; Коефіцієнт підвищення потужності гідро парової турбіни, що заявляється У АЛ-І0О_15-10О 6 ноі турбіни, за рахунок впливу відцентрової сили на обертаючий момент ротора, як а виникає при русі термальної води в криволінійному каналі, із радіусом кривизни що дорівнює хорді дуги каналу, між порожниною вала і соплом Лаваля і зниження гідравлічних втрат у проточній частині ротора v N, Де 98,5 15% Тут Ni - потужність турбіни прототипу (з прямолінійним каналом між порожниною валу і соплом Лаваля) Таким чином дане технічне рішення забезпечує підвищення потужності пдропарової реактив Література 1 Патент України на винахід Гідропарова гвинтова турбіна № 24852 А Долінський А А, Шурчков А В , Федоров В И F01B1/00 Бюл № 6 - 11, 1998 г 2 Зысин В А Комбинированные парогазовые установки и циклы - М -Л Госэнергоиздат, 1962 3 Котляр И В Судовые газотурбинные установки - Л Изд-во "Суднобудування", 1967 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71