1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплоэнергетика
  4. № 12, 2023

Теплоэнергетика, 2023, № 12, стр. 138-157

Экспериментальное исследование характеристик сопл Лаваля для реактивных турбин

О. О. Мильман a, b, *, А. С. Голдин a, Б. А. Шифрин a, В. Б. Перов a, Л. Н. Сережкин b, А. В. Птахин a, b, c, В. С. Крылов a, b, А. Ю. Картуесова a, b

a Научно-производственное внедренческое предприятие “Турбокон”
248010 г. Калуга, ул. Комсомольская Роща, д. 43, Россия

b Калужский государственный университет им. К.Э. Циолковского
248023 г. Калуга, ул. Степана Разина, д. 26, Россия

c Калужский филиал Национального исследовательского университета “Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана”
248000 г. Калуга, ул. Баженова, д. 2, Россия

* E-mail: turbokon@kaluga.ru

Поступила в редакцию 28.06.2023
После доработки 04.08.2023
Принята к публикации 30.08.2023

Аннотация

Значительные запасы термальных и промышленных вод температурой 100–150°С могут служить для выработки электроэнергии как по одноконтурной тепловой схеме с непосредственным применением природного пара в конденсационных турбинах, так и по двухконтурной схеме с низкокипящим рабочим телом. И в том и в другом случае неизбежны большие капитальные затраты на их реализацию. Новый способ выработки электроэнергии с помощью низкопотенциального тепла заключается в установке в одноконтурную тепловую схему полнопоточной гидропаровой турбины (ГПТ), использующей тепло сепарата геотермальной станции или тепло промышленных вод. Капитальные затраты на такие установки значительно ниже, так как специального оборудования для подготовки рабочего тела не требуется. Коэффициент полезного действия гидропаровой турбины непосредственно связан с эффективностью ее основного элемента – сопла Лаваля. Для проектирования этой турбины необходимо иметь достоверные данные по работе сопла Лаваля с большой степенью расширения при подаче в него воды, сильно недогретой до температуры насыщения. Такую информацию можно получить только экспериментальным путем, поскольку эта область работы сопл Лаваля мало изучена. Для выявления необходимых характеристик сопл был спроектирован и изготовлен стенд с комплектом сопл Лаваля, в том числе с разными углами раскрытия расширяющейся части и сопл с косым срезом. В качестве рабочей среды использовалась вода с параметрами, близкими к условиям работы в составе ГПТ. Представлены результаты экспериментального исследования сопл Лаваля в широком диапазоне степеней расширения, работающих на вскипающей воде. Опыты проводились при различных давлениях за соплом, и их результаты были сопоставлены с данными, собранными ранее также опытным путем. Описаны экспериментальная установка и конструктивные особенности сопла. Проведен анализ полученных данных по коэффициенту расхода, коэффициенту скорости, степени расширения, начальным параметрам, формам сопл, фактору размерности, на основе которых сделаны выводы. Выявлены характеристики, с помощью которых можно выполнить оценку эффективности реактивной гидропаровой турбины и корректно рассчитать ее мощность.

Ключевые слова: сопло Лаваля, эффективность, горло сопла, коэффициент расхода, коэффициент скорости, степень расширения, сила, тяга, давление, температура, пароводяная смесь

Список литературы

  1. Блинков В.Н., Фролов С.Д. Модель течения вскипающей жидкости в соплах // ИФЖ. 1982. Т. 42. № 5. С. 741–746.

  2. Тепловое испытание гидропаровой турбины в отопительной котельной / О.О. Мильман, В.А. Федоров, А.К. Карышев, Д.В. Шевелев, А.Г. Михеев, С.А. Бурмистров, Л.А. Ахлебинин // Теплоэнергетика. 2009. № 4. С. 61–63.

  3. Пат. РФ № 2193669. Реактивная турбина / О.О. Мильман, Д.И. Демичева, А.А. Дахнович, А.С. Голдин. Заявл. 29.09. 2000. Опубл. 27.11.2002.

  4. Пат. РФ № 2327876. Паротурбинная установка / В.А. Федоров, О.О. Мильман. Заявл. 13.09.2006. Опубл. 27.06.2008.

  5. Вукалович М.П., Ривкин С.А., Александров А.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. М.: Изд-во стандартов, 1959.

  6. Истечение теплоносителя при потере герметичности реакторного контура / Ю.А. Клайда, В.В. Арсентьев, В.В. Фисенко, Б.М. Цизин. М.: Атомиздат, 1977.

  7. Критический расход насыщенной и недогретой воды через каналы различной формы / В.Г. Тонконог, Г.А. Мухачев, Б.М. Павлов, И.Ф. Муравьев // ИФЖ. 1977. Т. 32. № 6. С. 990–994.

  8. Циклаури Г.В., Данилин В.С., Селезнев Л.И. Адиабатные двухфазные течения. М.: Атомиздат, 1973.

  9. Калинин Ю.Ф. Исследование потоков самоиспаряющейся жидкости в соплах и применение их в струйных аппаратах: дис. … канд. техн. наук. Николаев: Кораблестроит. ин-т, 1971.

  10. Гурченок А.А. Определение завершенности процесса парообразования при истечении кипящей воды // Изв. Томск. политехн. ин-та. 1958. Т. 101. С. 18–21.

  11. Николаев В.М., Кирилов А.И., Барилович В.А. Расчет и исследование гидропаровых турбин геотермальных тепловых электрических станций. Л.: ЛПИ, 1985.

  12. Дейч М.И., Филиппов Г.А. Газодинамика двухфазных сред. М.: Энергоиздат, 1981.

  13. Вскипающие адиабатные потоки / В.А. Зысин, Г.А. Баранов, В.А. Барилович, Т.Н. Парфенова. М.: Атомиздат, 1976.

  14. Голдин А.С., Мильман О.О. Экспериментальное исследование расширяющихся сопл, работающих на сильно недогретой воде // Теплоэнергетика. 2003. № 3. С. 70–73.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплоэнергетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал