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制氮设备的透平膨胀机热力计算
 
 
(1)采用一定的预算方法确定影响效率的各参数,(2)计算通流部分各零件的进出口状态
参数、速度j(3)计算和确定通流部分各零件的主要尺寸,(4)计算机器的效率,制冷量,轴
功率及转速。
倒1 按下歹U参数计算空气透平膨胀机
工质:空气,流量G=1.601kg/s,进口压力Po=9.416bar,出口压力P2=1.45bar,
进口温度To=174.2K,采用闭式工作轮。
一、选定参敬
=0.96, ;0.92,fJ/Dl=0.05,fI=0.98,f2=0.95,fⅣ=0.98,iI=0.6874, P ’
0.46, O.493,Ps/P==1.056, l=15。, l=90。, 2 30·2。j
式中 ——喷嘴中气流速度系数, ——工作轮中气流速度系数,I=/D ——工作轮叶高轮 -
径比,f ——工作轮进口减窄系数,f2——工作轮出口减窄系数, ——喷嘴出口减
窄系数, —— 特性比,p——反作用度, ——轮径比,p3/p2——扩压比,嘶—— 喷
嘴出口叶片角, ——工作轮进口叶片角, z——工作轮出口叶片角。
=, 喷t中的渣动
由Ps/P==1.056,得 =1.45/1.056=1.373bar
由P口, 及 、 在 S图上查得l
进口l占值 =168.18kJ,kg,膨胀机出IZl理想焓值 “=98.659 kJ/kg,膨胀机总的理想
l占降 .= 一 I
喷嘴出口速度cl= √2(1一p)
一:O·98√2·(1一O·45)·(168.16—96.659)·10 =265.5(m/s)
喷嘴出口理想焙值iJ =i。一(1—9 )(fD—f。.)=168.16一(1一Oo 5)(168。18—98.65>
=129.9(kJ/kg)
喷嘴出口实际焓值fI=fl,+(1一矿)(f0一fl。) 129.9+(1一O.96 )(168.18—129.9)
=182.9(kJ/kg)
由iI。及等熵线查得PI=3.85 bar
由il及Pl查得T =137K
由Pl,Tl查得 zl=O.967
喷嘴出口密度p-= = 面 3 .8 5x亨=1百05而=1o.1(kglm )
多变指数 = 1丽.4五 = 1·l68
喷嘴出口马赫数 Mcl=鲁 el 26雨5. 5 =1.168
喷嘴能量损失 =(1一矿)(fo—fI。)=(1一O.96 )(168.18—129.9)=3(kJlkg)
喷嘴中相对能量损失h 百骘 。 3=.O两 =0.04315
三、工作轮进口速度
进,出口圆周速度 l=玩 =O.6874·J—2(1~.18—-98.699)=256.32(m/s)
”t= ·4I=O.493·256.82=126.4(m/s)
工作轮进口气流角培卢t=面i SII=1~而'1 = Sin15。 COSl5。一256.32/z8 l5·
l=69.69。 90。
工作轮进口相对速度 I=a sin =265.5 sin15。=68.7(m/s>
工作轮进口相对马赫数 c- : : :!一
1·357·O.967·267.2·137
=O.302< 0.5
由1点及 查得工作轮出口焓l =99.92kJ/kg
四,喷冀及工作轮基本尺寸
工作轮直径。 √ = √——— ~ =0.119 x0.
— 05.68.7—.10.1.0.98 (m“‘),
圊取值n =120mm
取喷咀数 zⅣ=17
喷嘴出口直径D =DI+2AD=O.12+2×O.004=O.128(m)
喷蹭喉部宽度bn=fⅣ· ·sinm= · ! 8jn ,
98掣.sin 16·:o.oo6(m)
喷嘴叶片高度 fⅣ= = 丽 1. 50瓦1 而=0
. 0055(m)
工作轮进口叶片高 应比喷嘴叶片高一些, 以避免安装不良而造成进口损失, 则
“= +21l=5.5 4-2×0.35=6.2(ram)
工作轮出口平均直径l Dz= DI=O.493x0.12=0.05916(m)
五、工作轮出口速度
轮盘摩擦损失
由P , 。查得运动精度 。= ; =1.004×10一。(mz/s)
雷诺数R~- ~,iD『Il= 215.60.0342××1O0.—102 = 0.306× 10。
· 去= · _oI4o9×10
Ⅳ =K· ·D i。· i。·pI
=3·0.409×l0一 ·O.12 ·256.32。·l0.1=3.0(kW )
这里,对闭式工作轮,取K=3
单位轮盘摩擦损失 =粤=l1 =2.o(kJ/kg)
相对轮盘摩擦损失b 丽 丽 西 o·。2。
工作轮出口相对速度 2= √ _I
=o.02.,/2一(i1=
=0.92 /2(132.9—99.92 4-2.0)×10。4-68.7‘4-126·4‘
一256.32
=145.3(m/s)
工作轮出口气流出口方向tg啦=c。8 s in
—= 一89.038
口2 90·64。 9O。
工作轮出口绝对速度 c。= = 耋 =73·0(m/8)
工作轮能量损失 =虿1- z/ 1—1)=虿1·145.3j·(百专 一1)。1·915(kJ/kg)
f,= =丽 1. 915 i = o.0276
0 一f2 168.17— 98.659 ? ?
余速损失q = c z= "73:=2.664(kJ/kg)
} 一
一 168.17!—塑9 8.659 = 0.0383
六、工作轮出口蕾i尺寸厦状态
工作轮出口实际焓值 2 +q +妇=99.92+1.915+2.o=103·636(kJ/kg)
由 及i 查得T =1 06K
由pi及 2查得邑=0.975
工作轮出口外径。 ,_√ r√ o·05916。+ n0·08046(m)
出口叶片高度 2=I(Dj-D2 )=0
. 0288(m )
七、扩压器计算
内泄漏损失邑=要(1一 一},一} 一 )
=o.02(1一o·04315—0·0276—0.0383一O.0287)=0.0172
= (10一 z。)=0.0172(1曲.17—98.659)=1.196(kJ/kg)
扩压器进13焙lt= + =103.835+1.196=105.o31(kJ/kg)
扩压器内多变指数旦 =—}·土 =百 · =o.44, =1.785
扩压器进13温度由p 及 查得 =107.11K
扩压器进口密度由p2,T·查得 =0.975
p =盘= 丙1. 87丽3x 一丽一 i丽0~ =一4“.5。 78(kg/m )
扩压器出13焙值 3=i‘+ =105.031+2.664=107.695(:l【J/kg)
扩压器出口温度T =( /p:){ ’J-· =(1.056)0.44.107.1i=109.71(k)
扩压器出口气体密度囟 (P8/ ) P‘=(1.056)’『J ·4.578=4.72(kg/m )
扩压器出口速度{C3=√Cz 一R/(R一1)· T。E(p3/p~)c J J-一1]
= √73 一2·1.4/(1.4—1)·0.975·287,2·107.695.[(r.05 ) _l
=10.2(m/s)
扩压器长度; =等 = 警 =o.823(m)
式中D。—— 扩压器出口直径, —— 扩压器进口直径
八、效率、嗣冷量,输出功、转馥
透平膨胀机等熵效率札 三 116688.18—107.695
.18— 98.659 = 0.87
等熵焓降 = 一毛=168.18—107.695=60.475(kJ/kg)
制冷量9= ·G=00.475×1.501=90.77(kW)
轴功率W=0· =90.77×0.96=86.23(kW)
转速 = = =40177.074(r/min)
饼2 某厂2 透平膨胀机运转参数为l =4.6 bar,To=一138。C, l=2.8bar, =
16000 r/mini已知工作轮直径Dl=190 mm, l=16。,风机制动。求该机的冲击损失,及
如何调整为无冲击进气?
解l由 只=4.6+1=5.6bar,To=273—138=136K, l=2.8+1=3.8bar|
查得t i口=3744.6 J/mal=129.3kJ/kg,fh=3347.8 J/mal=115.6 kJ/kg,
Zn=0.94
Ⅱ Cl=∞√2(ia—i1.) =0.96~/—(129~3-1—15 o6)O104=158.9(m/s)
= 亟:里 =159. 。‘ 60 60 ’ 17(m/s)
t酏=丽 sin a~
丽= =-6.8。
口i=98.36。
= =44.27(m/s)
冲击损失粤=号 。 3=寺( ·CO9 -)
= [44·27 c。8(180—98·35)] =20·67(J/kg)
调整转速可选无冲击进气, 即改变 。
l=C COS口l=158.9·COil 16。=152.75(m/s)
=面60uL= 60x丽152.75=15354.3(r/min)