文档介绍：20 制冷学报 19 8 1 年
透平膨胀机(膨胀涡轮)
最佳参数选择的探讨
华中工学院骆如碧
摘要
在空气涡轮制冷及低温工程领域内, 提高透平膨胀机的效率是一个根本
问题。本文以数学的手段一- 拉格朗日乘数法, 来揭示热力动力参数 p 、 u l
和几何参数“与流通效率 n 流通的关系, 并导出它们的最佳值, 从而解决了
涡轮设计中最佳值的选择问题。
、
一气体在涡轮级内的流动过程
。
为分析问题方便起见, 下面对气流在涡轮级内的流动过程作一个概略的介绍
, 。
以单级反力式膨胀涡轮为例它在通流部份的工作过程如图 1 所示
.
:
一一~ ~ ‘盆盛
{ 一气二涵
L } Z ~ 】‘“r ~U一~
一一‘目口口
{
l 一涡壳; 2 一导流器: 3 一工作轮: 4 一扩压器
气体在涡轮级内的流动过程, 虽然十分复杂, 但若将其表示在热力图上(如图 2 ) , 并
以直线连接各热力状态点的这种近似处理方法来表示它的热力过程, 我们对问题的分析就
。
显得比较简单明了
第 2 期透平膨胀机(膨胀涡轮) 最佳参数选择的探讨
、’
具有进口状态P 。 v 。和 i。的气体, 在涡轮级
。
内的理想工作过程为。一 Z t ‘膨胀涡轮的理想
。
单位制冷量为等嫡烩降值 h 。= i。一 iZ t ’气体在
。
涡轮级内的膨胀过程是分两步进行的首先, 使
、、
蜗壳 1 内具有最初状态 p 。 v 。 T 。和 i。的气体通
向导流器 2 (它与叶轮园周速度之间的倾斜角为
。 l ) , 使气体膨胀到导流器与工作轮间隙中的压力
。
P , 绝热线。 1t 表示理想膨胀过程, 此晰勺了
.
等嫡焙降为h 。—, = i。一 11 , , 导流器出口理想排气
。,
速度为C , : 当气流进入工作轮 3 后就最终/
。
完成了它的膨胀过程工作轮流道中的理想膨胀
, 。,
过程为1一Z t 等嫡烩降为h o : 这里我们引入一
个重要的热力参数一一反力度 p , 它的数学表达
图 2 膨胀涡轮的工作过程
式如下
一一
hl10一|一△一 U一一0 n一
卜0 一曰- hh -
P 一一岛一一
。
反力度 p 表示膨胀气体在工作轮通道内能量转换占整个涡轮级内能量转换的比例该
。
参数对膨胀涡轮的效率的影响有牵一发引全身的作用
由于实际气体在涡轮级通道内的工作过程中存在各种不同的损失, 工质不可能等嫡膨
, 。
胀到理想终态( p Z : ‘ T Z , ’)
。
实际气体在导流器内的膨胀过程中伴随有各种损失, 因此是一个嫡增的过程其结果
, ,
导致其出口蛤值的增高从 i : t 增至11 它的冷量损失为q 。= i , 一 1. , , 使实际排气速度C :
。
小于 C l , 它们之间的关系如下式所示:
C I = 甲C 一 t ( 1 )
, 。
式中印导流器速度系数印< 1
导流器中—等嫡膨胀过程的能量守恒方程式为
,
A _ A ~ , C 于
n o l = 1 0 一