Рабочие характеристики усовершенствованной гидропаровой турбины
Показана перспективність використання гідропарових турбін (ГПТ) для утилізації низько потенційного тепла шахтних енергетичних об'єктів. Встановлено, що ГПТ з прямолінійним каналом і додатковою криволінійною ділянкою забезпечує, за інших рівних умов, підвищення силових і енергетичних показників...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехническая механика |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2010
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33491 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Рабочие характеристики усовершенствованной гидропаровой турбины / И.Ф, Чемерис, И.Ю. Комлева // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. — Вип. 88. — С. 179-184. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859603320021188608 |
|---|---|
| author | Чемерис, И.Ф, Комлева, И.Ю. |
| author_facet | Чемерис, И.Ф, Комлева, И.Ю. |
| citation_txt | Рабочие характеристики усовершенствованной гидропаровой турбины / И.Ф, Чемерис, И.Ю. Комлева // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. — Вип. 88. — С. 179-184. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Показана перспективність використання гідропарових турбін (ГПТ) для утилізації низько потенційного тепла шахтних енергетичних об'єктів. Встановлено, що ГПТ з прямолінійним каналом і додатковою криволінійною ділянкою забезпечує, за інших рівних умов, підвищення силових і енергетичних показників майже в два рази. Проведений аналіз зміни енергетичних параметрів ГПТ при різних температурах води на вході в канал турбіни.
Perspectives of steam-water turbine implementation for low-potential heat utilization from mining energy plants are shown. It is determined that steam-water turbine with straight-line channel and additional curved portion while other conditions being equal provides the increase of force and energy characteristics almost twice. The steam-water turbine energy parameters changing at different water temperatures before entering turbine channel is analyzed.
|
| first_indexed | 2025-11-28T01:44:24Z |
| format | Article |
| fulltext |
179
сад, нормативного забезпечення та масштабного впровадження силового опор-
но-анкерного кріплення виробок у широкому спектрі гірничо-геологічних та
гірничотехнічних умов.
Відповідні конструкції анкерного кріплення тепер можуть застосовуватися і
застосовуються у штреках аркового циркульного, аркового шатрового, шатро-
вого із склепінним чи плоским перекриттям, прямокутного перерізу для підго-
товки і відпрацювання виїмкових стовбурів, як із їх погашенням, так із повтор-
ним використанням після проходу лави, як самостійно, так і комбіновано із ра-
мним, у виробках, проведених у зоні впливу виробленого простору, у тому чис-
лі на відстані 2,5-3 м від нього, із терміном експлуатації від 2 до 20 років.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Булат А. Ф. Опорно-анкерное крепление горных выработок угольных шахт / А. Ф. Булат, В. В. Виногра-
дов. – Ин-т геотехн. механики НАН Украины. – Днепропетровск, 2002. – 372 с.
2. КД 12.01.01.501-98 Система забезпечення надійного та безпечного функціонування гірничих виробок із
анкерним кріпленням. Загальні технічні вимоги . – Введ. 1999-04-16. – К. : Міністерство вугільної промислової
України, 1999. – 81 с.
3. КД 12.01.01.502-98 Система забезпечення надійного та безпечного функціонування гірничих виробок із
анкерним кріпленням. Порядок та організація. – Введ. 1999-08-21. – К. : Міністерство вугільної промислової
України, 1999. – 30 с.
4. СОУ 10.1.05411357.010:2008 Система забезпечення надійного та безпечного функціонування гірничих
виробок із анкерним кріпленням. Загальні технічні вимоги. Введ. 2008-01-12. – К. : Мінвуглепром України,
2008. – 83 с.
5. Виноградов В. В. Геомеханика управления состоянием массива вблизи горных выработок / В. В. Вино-
градов. – К. : Наук. думка, 1985. – 192 с.
УДК 622.012:620.9
Канд. техн. наук. И. Ф. Чемерис,
аспирант И. Ю. Комлева,
(ИГТМ НАН Украины)
РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ
ГИДРОПАРОВОЙ ТУРБИНЫ
Показана перспективність використання гідропарових турбін (ГПТ) для утилізації низько-
потенційного тепла шахтних енергетичних об'єктів. Встановлено, що ГПТ з прямолінійним
каналом і додатковою криволінійною ділянкою забезпечує, за інших рівних умов, підвищен-
ня силових і енергетичних показників майже в два рази. Проведений аналіз зміни енергетич-
них параметрів ГПТ при різних температурах води на вході в канал турбіни.
OPERATING CHARACTERISTICS OF IMPROVED
STEAM-WATER TURBINE
Perspectives of steam-water turbine implementation for low-potential heat utilization from min-
ing energy plants are shown. It is determined that steam-water turbine with straight-line channel and
additional curved portion while other conditions being equal provides the increase of force and
energy characteristics almost twice. The steam-water turbine energy parameters changing at differ-
ent water temperatures before entering turbine channel is analyzed.
Реактивная гидропаровая турбина является перспективным узлом, позво-
ляющим преобразовывать тепловую энергию горячей воды с температурой 90-
180 С шахтных энергетических объектов в механическую и, в частности, элек-
180
трическую энергию, отдаваемую в сеть [1, 2]. К подобным объектам относятся,
как шахтные компрессорные станций, так и шахтные энергокомплексы, в виде
действующих водогрейных котельных или систем охлаждения газопоршневых
двигателей внутреннего сгорания, являющихся приводами электрогенераторов.
Недостатками известных конструкций реактивных ГПТ [3, 4] являются боль-
шие габариты и нерациональное использование кинетической энергии потока в
каналах турбины, а следовательно, недостаточный крутящий момент и низкий
коэффициент полезного действия турбины.
Ранее в работе [5] была приведена конструктивная схема усовершенство-
ванной реактивной гидропаровой турбины с прямолинейным каналом и допол-
нительным криволинейным участком, а также методика расчета и анализ сило-
вых и энергетических параметров предложенной ГПТ. Выполнение дополни-
тельного криволинейного участка канала в виде полуокружности позволяет
существенно увеличить результирующий крутящий момент на валу турбины и
обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление участка [6]. В ре-
зультате суммарная мощность на валу ГПТ и коэффициент полезного действия
могут быть увеличены почти в два раза по сравнению с существующими конст-
руктивными схемами турбины (прямолинейный, криволинейный канал).
Запишем выражения результирующего момента для трех форм канала ГПТ:
для турбины с прямолинейным каналом
))(22,211,1( 2
1111 rRRrRvRvGM ppppc , Н
.
м,
где G – расход горячей воды на турбину при трехсопловой схеме, кг/с; cv –
скорость истечения пароводяной смеси, м/с; pR – радиус приложения реактив-
ной силы, м; 1v – скорость воды на прямолинейном участке и сопряжении ка-
нала, м/с; 1r – радиус закругления участка сопряжения, м; – окружная ско-
рость ротора, 1/с.
для усовершенствованной ГПТ
)(28,6)(14,3[
33322
rRrrRvRvGM
ррpc
])2()2(22,2)2(11,1 2
233231
rrRrRrrRv
pрр , Н
.
м, (1)
где 2v – скорость воды на криволинейном участке канала, м/с; 3r – радиус за-
кругления криволинейного участка, м; 2r – радиус закругления участка сопря-
жения, м.
для турбины с криволинейным каналом
)57,157,1( 2
23 pppc RRvRvGM , Н
.
м.
Исследуем зависимость окружной скорости ротора от результирующего мо-
мента при различных формах канала турбины (рис. 1) для следующих парамет-
181
ров:
температура воды на входе в канал 1t = 110 С;
температура воды на срезе сопла 462t С;
расход горячей воды на турбину G 10,8; 12,6; 14,4 кг/с;
радиус действия реактивной силы рR = 0,8 м;
диметр прямолинейного участка и сопряжения 1d 0,012 м;
диаметр криволинейного участка 2d 0,0065 м;
для закруглений принято 321 rrr 0,1 м.
Из графика видно, что результирующий момент для усовершенствованной
ГПТ (кривая 2), при прочих равных условиях, больше чем результирующий
момент, как для турбины с прямолинейным каналом (кривая 1), так и с криво-
линейным каналом (кривая 3). Например, при 200 1/с для турбины с до-
полнительным криволинейным участком, с прямолинейным и криволинейным
каналом результирующий момент равен соответственно 2086 Н
.
м, 1115 Н
.
м, 817
Н
.
м. Следовательно, предпочтение при дальнейшей разработке нужно отдать
усовершенствованной гидропаровой турбине.
Было установлено, что при одной и той же температуре воды на входе в ка-
нал турбины для поддержания постоянной окружной скорости ротора при уве-
личении нагрузки, необходимо повысить расхода рабочей жидкости. Так, на-
пример, для усовершенствованной гидропаровой турбины при 1t = 110 С,
300 1/с и результирующих моментах 2M 1200 Н
.
м, 2M 1850 Н
.
м, 2M
2640 Н
.
м (кривые 2, 2 , 2 ) расход рабочей жидкости равен соответственно G
10,8; 12,6; 14,4 кг/с.
1 – прямолинейный канал ГПТ; 2 – прямолинейный канал с дополнительным кри-
волинейным участком; 3 – криволинейный канал
Рис. 1 Зависимость окружной скорости ротора от результирующего момента
182
Положив в уравнении (1) значение момента равным нулю получим выраже-
ние для окружной скорости холостого хода хх
2
233233
3132
)2()2(22,2)(28,6
)2(11,1)(14,3
rrRrRrrRr
rRvrRvRv
pрр
ррpc
хх , 1/с. (2)
Запишем выражение для пускового момента, положив в уравнении (1)
0 , следовательно
)]2(11,1)(14,3[
3132
rRvrRvRvGM
ррpcп , Н
.
м. (3)
Из анализа выражений (2,3) видно, что, хх не зависит от расхода, а пM за-
висит, поэтому, при прочих равных параметрах, кривые 2, 2 , 2 имеют расхо-
дящийся характер. Для усовершенствованной ГПТ при G 10,8 кг/с хх равна
435 1/с, а пM 3864 Н
.
м (кривая 2).
Проведем анализ изменения энергетических параметров рассматриваемой
ГПТ при различных температурах воды на входе в канал турбины на базе газо-
поршневой установки (ГПУ) JMS 620 фирмы Jenbacher, входящей в состав ко-
генерационного энергокомплекса на шахте им. А.Ф. Засядько. Данная установ-
ка имеет постоянную тепловую мощность
Т
P 3050 кВт. Выполнение турбины
гидропаровой обеспечивает непосредственное преобразование тепловой энер-
гии горячей воды системы охлаждения ГПУ в кинетическую энергию гидропа-
ровой струи и, следовательно, в механическую энергию турбины. Установка
гидропаровой турбины в кинематическую цепь силовой установки обеспечива-
ет непосредственную передачу механической энергии турбины в крутящий мо-
мент на валу двигателя, разгружая его и повышая его КПД.
Результирующая мощность на валу усовершенствованной гидропаровой
турбины определяется как
2
3332
)(28,6)(14,3( rRrrRvRvGP
pppc
))2()2(22,2)2(11,1 22
23
2
3231
rrRrRrrRv
pрр , кВт (4)
Расход горячей воды на турбину равен
'
2
'
1
ii
P
G Т , кг/с,
где '
1i , '
2i – энтальпии воды на входе в канал и на срезе сопла, кДж/кг.
Продифференцировав выражение для результирующей мощности (4) по ,
получим выражение для оптимальной окружной скорости, при которой мощ-
183
ность турбины достигает своего максимального значения
2
233233
3132
)2(2)2(44,4)(56,12
)2(11,1)(14,3
rrRrRrrRr
rRvrRvRv
pрр
рppc
opt , 1/с.
Коэффициент полезного действия ГПТ определялся по формуле
НТ
PP
P
,
где
Н
P мощность, затрачиваемая насосом, кВт.
Расчет энергетических показателей усовершенствованной ГПТ был выпол-
нен по вышеприведенным формулам для следующих параметров:
температура воды на входе в канал 1t = 90; 110; 130 С;
температура воды на срезе сопла 462t С;
водимая тепловая мощность
Т
P 3050 кВт;
скорость воды в канале составляет 1v = 30м/с, 2v = 100 м/с;
радиус действия реактивной силы рR = 0,8 м;
для закруглений принято 32 rr 0,1 м.
Конструктивные параметры турбины при различных температурах воды на
входе в канал подбирались исходя из условий 1v = 30м/с, 2v = 100 м/с и отсутст-
вия запирающих эффектов в ее каналах. Результаты расчетов представлены в
табл. 1.
Таблица 1 Термодинамические и энергетические показатели усовершенст-
вованной ГПТ при различных температурах воды на входе
Параметры
Температура на входе в канал
Ct ,1
90 110 130
Давление насыщения 1p , МПа 0,070 0,143 0,270
Массовое паросодержание 2x 0,072 0,102 0,131
Разность энтальпий на входе и выходе из канала
)( '
2
'
1 ii , кДж/кг
184,41
268,79
353,77
Вводимая тепловая мощность
Т
P , кВт 3050 3050 3050
Расход горячей воды на турбину G , кг/с 16,50 11,35 8,62
Скорость струи сv , м/с 123 176 227
параметры при opt
184
Оптимальная окружная скорость ротора opt , 1/с 186 204 233
Мощность на валу турбины P , кВт 470,6 389,3 387,6
Мощность, затрачиваемая насосом
Н
P , кВт 5,8 3,6 3,4
Коэффициент полезного действия 0,154 0,128 0,126
параметры при 157 1/с
Мощность на валу турбины P , кВт 460,0 368,5 345,8
Мощность, затрачиваемая насосом
Н
P , кВт 15,8 4,7 9,1
Коэффициент полезного действия 0,150 0,120 0,113
Из таблицы видно, что при уменьшении температуры воды на входе в канал
турбины расход рабочей жидкости растет и увеличивается почти в 2 раза.
Мощность и КПД также увеличиваются при уменьшении температуры, что, на
первый взгляд, парадоксально. Это объясняется тем, что центробежная сила,
возникающая на дополнительном криволинейном участке ( 214,3 vGFц ) и
входящая в уравнение (2) со знаком плюс, растет намного быстрее, чем потери
от сил Кориолиса и центробежной силы на прямолинейном участке и закругле-
ниях, а реактивная сила ( ср vGF ), создаваемая пароводяной струей остается
практически неизменной.
Выполненный анализ показывает, что снабжение ГПТ дополнительным
криволинейным участком обеспечивает, при прочих равных условиях, повыше-
ние силовых и энергетических показателей турбины почти в два раза за счет
преобразования кинетической энергии потока в механическую. В результате
исследования установлено, что усовершенствованную ГПТ можно с успехом
применять как элемент энергосберегающих технологий при утилизации избы-
точного тепла, как шахтных компрессорных станций, так и шахтных энерго-
комплексов, в виде действующих водогрейных котельных или систем охлажде-
ния газопоршневых двигателей, работающих на шахтном метане.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Булат А. Ф. Научно-технические основы создания шахтных когенерационных энергетических комплек-
сов/ А. Ф. Булат, И. Ф. Чемерис. – К. : Наукова думка, 2006. – 176 с.
2. Чемерис И. Ф. Выработка дополнительной электроэнергии на базе гидропаровых турбин в шахтных
энергокомплексах / И. Ф. Чемерис // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. / ИГТМ НАН Украины. –
Днепропетровск. – 2007. – Вып. № 73. – С. 214 – 219.
3. Пат. 2086774 Рос. Федерация МПК 6F01D1/32, 25/32. Реактивная турбина для многофазного рабочего те-
ла / Мельников В. Б., Баршак А. Е., Мурахин С. А. – Опубл. 10.08.1997. – Бюл. №22. – С. 113.
4. Пат. 2303137 Рос. Федерация МПК 7F01D1/32. Реактивная турбина / Соловьев А. П., Турышев Б. И. –
Опубл. 20.07.2007. – Бюл. № 20. – С. 89.
5. Чемерис И. Ф. Усовершенствованная гидропаровая турбина для утилизации избыточного тепла шахтных
энергетических объектов / И. Ф. Чемерис, И. Ю. Комлева // Компрессорное и энергетическое машиностроение.
2010. №2 (20). С. 25 – 28.
6. Пат. 90232 Украина UA F01D 1/00. Реактивна турбіна / Булат А.Ф., Чемерис І.Ф. – Опубл. 12.04.2010. –
Бюл. № 7.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-33491 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T01:44:24Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Чемерис, И.Ф, Комлева, И.Ю. 2012-05-28T14:57:04Z 2012-05-28T14:57:04Z 2010 Рабочие характеристики усовершенствованной гидропаровой турбины / И.Ф, Чемерис, И.Ю. Комлева // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. — Вип. 88. — С. 179-184. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33491 622.012:620.9 Показана перспективність використання гідропарових турбін (ГПТ) для утилізації низько потенційного тепла шахтних енергетичних об'єктів. Встановлено, що ГПТ з прямолінійним каналом і додатковою криволінійною ділянкою забезпечує, за інших рівних умов, підвищення силових і енергетичних показників майже в два рази. Проведений аналіз зміни енергетичних параметрів ГПТ при різних температурах води на вході в канал турбіни. Perspectives of steam-water turbine implementation for low-potential heat utilization from mining energy plants are shown. It is determined that steam-water turbine with straight-line channel and additional curved portion while other conditions being equal provides the increase of force and energy characteristics almost twice. The steam-water turbine energy parameters changing at different water temperatures before entering turbine channel is analyzed. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Рабочие характеристики усовершенствованной гидропаровой турбины Operating characteristics of improved steam-water turbine Article published earlier |
| spellingShingle | Рабочие характеристики усовершенствованной гидропаровой турбины Чемерис, И.Ф, Комлева, И.Ю. |
| title | Рабочие характеристики усовершенствованной гидропаровой турбины |
| title_alt | Operating characteristics of improved steam-water turbine |
| title_full | Рабочие характеристики усовершенствованной гидропаровой турбины |
| title_fullStr | Рабочие характеристики усовершенствованной гидропаровой турбины |
| title_full_unstemmed | Рабочие характеристики усовершенствованной гидропаровой турбины |
| title_short | Рабочие характеристики усовершенствованной гидропаровой турбины |
| title_sort | рабочие характеристики усовершенствованной гидропаровой турбины |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33491 |
| work_keys_str_mv | AT čemerisif rabočieharakteristikiusoveršenstvovannoigidroparovoiturbiny AT komlevaiû rabočieharakteristikiusoveršenstvovannoigidroparovoiturbiny AT čemerisif operatingcharacteristicsofimprovedsteamwaterturbine AT komlevaiû operatingcharacteristicsofimprovedsteamwaterturbine |