Мощность и КПД турбин турбобура
Баланс энергии в турбобуре можно представить графически (см. рисунок 8.16), и тогда очевидно, что вся гидравлическая мощность потока, входящего в турбины, расходуется на создание эффективной (полезной) мощности на валу турбин, которая непосредственно используется исполнительной машиной (например, долотом при бурении скважин), и на потери мощности, связанные с гидравлическими сопротивлениями при движении потока через лопастные системы статора и ротора, механические потери на трение контактирующих деталей (опор, уплотнений, дискового трения), а также затраты энергии за счет внутренних перетоков в зазорах между статором и ротором (рисунок 8.18).
Баланс мощности следующий:
Мощность потока жидкости составляет - подача насоса, м3/с.
Рисунок 8.18
Эффективная мощность на валу турбин зависит от нагрузки и составляет
где М-момент на валу, нм;
n- число оборотов, I/с.
Анализируя эффективную мощность в зависимости от нагрузки и
числа оборотов вала, получаем: при п=0 эффективная мощность Nэф =0; при отсутствии нагрузки на валу М=0, число оборотов птах , а мощность Nэф=0.
Для определения максимума эффективной мощности представим
эффективную мощность в следующем виде:
тогда ,
.
Полученному значению соответствует максимальная мощность.
Рисунок 8.19
Графическая зависимость (рисунок 8.19) представляет собой параболу, максимум которой сдвинут от начала координат на расстояние по оси абсцисс. Для большинства турбин турбобуров = .
Рассмотрим потери мощности в турбинах. Их можно разделить:
1) на потери, связанные с различными гидравлическими явлениями, т.е. потери на гидравлические сопротивления, утечки, дисковое трение, которое можно определить при безударном режиме; они сохраняются при всех режимах работы турбин, но легче выявляются при безударном режиме и оцениваются в долях от максимальной эффективной мощности (примерно 0,2¸0,4 Nэф max);
2) потери, связанные с отклонением режима работы турбин от безударного, когда создается несоответствие углов профиля лопаток и углов, определяющих течение тока.
Эти потери называются потерями на удар.
На основе опытных данных их можно определить по формуле
b1,2 - коэффициент потерь, который имеет различное значение при
отклонении окружных скоростей от безударного режима:
,
U, U6- окружные скорости при любых режимах работы и при
безударном режиме.
Выполним некоторые преобразования в формуле потери
мощности на удар:
Тогда
Формула мощности на удар принимает вид:
Графическое представление о балансе мощности для турбин дает
рисунок 8.20.
Рисунок 8.20
Следует иметь в виду, что вид кривых будет зависеть от коэффициентов решетки.
Коэффициент полезного действия турбин - это отношение эффективной мощности на валу к гидравлической мощности, подводимой с потоком к турбине:
В кривых КПД также будет зависеть от коэффициентов решетки профилей и графически представлять параболическую зависимость от числа оборотов (рисунок 8-21).
Рисунок 8.21
Дата добавления: 2016-01-07; просмотров: 745;