Selasa, 12 Februari 2013

PRINSIP OPERASI DAN DESAIN


Sebuah turbin uap yang ideal dianggap menjadi proses isentropik , atau proses entropi konstan, di mana entropi dari uap memasuki turbin sama dengan entropi dari uap meninggalkan turbin. Tidak ada turbin uap benar-benar isentropik, bagaimanapun, dengan efisiensi isentropik khas mulai dari 20-90% didasarkan pada penerapan turbin. Interior turbin terdiri dari beberapa set pisau, atau ember karena mereka lebih sering disebut. Satu set pisau stasioner terhubung ke casing dan satu set pisau yang berputar terhubung ke poros. Set intermesh dengan kelonggaran minimum tertentu, dengan ukuran dan konfigurasi set bervariasi untuk secara efisien memanfaatkan ekspansi uap pada setiap tahap.

[ sunting ]Turbin efisiensi

Skema diagram menguraikan perbedaan antara impuls dan turbin reaksi 50%
Untuk memaksimalkan efisiensi turbin uap yang diperluas, melakukan pekerjaan, dalam beberapa tahap. Tahapan-tahapan ini ditandai dengan bagaimana energi diekstrak dari mereka dan dikenal sebagai salah satu turbin impuls atau reaksi. Turbin uap yang menggunakan campuran reaksi dan desain impuls: setiap tahap berperilaku sebagai salah satu atau yang lain, tetapi turbin keseluruhan menggunakan keduanya. Biasanya, bagian tekanan tinggi adalah tipe reaksi dan tahapan tekanan rendah adalah tipe impuls.

[ sunting ]turbin Impulse

Sebuah turbin impuls tetap memiliki nozel yang mengarahkan aliran uap ke jet kecepatan tinggi. Jet ini mengandung energi kinetik yang signifikan, yang diubah menjadi rotasi poros oleh ember-seperti baling-baling berbentuk, sebagai arah perubahan uap jet. Penurunan tekanan terjadi di hanya pisau stasioner, dengan kenaikan bersih dalam kecepatan uap di panggung. Sebagai uap mengalir melalui nozzle tekanan yang jatuh dari tekanan inlet dengan tekanan keluar (tekanan atmosfer, atau lebih biasanya, vakum kondensor). Karena ini rasio tinggi ekspansi uap, uap meninggalkan nozzle dengan kecepatan yang sangat tinggi. Uap meninggalkan pisau bergerak memiliki sebagian besar dari kecepatan maksimum uap ketika meninggalkan nozzle. Hilangnya energi karena ini kecepatan keluar tinggi umumnya disebut carry atas kecepatan atau meninggalkan kerugian.
Sebuah pilihan pisau turbin
Hukum saat momentum menyatakan bahwa jumlah dari momen kekuatan eksternal yang bekerja pada fluida yang sementara menempati volume atur adalah sama dengan perubahan waktu bersih fluks momentum sudut melalui volume control.
Cairan berputar-putar memasuki volume atur pada radius r_1 \,dengan kecepatan tangensial V_ {w1} \,dan daun pada radius r_2 \,dengan kecepatan tangensial V_ {} w2 \,.
Velocity segitiga di inlet dan outlet pada bilah mesin turbo-.
Velocity segitiga
Sebuah segitiga kecepatan membuka jalan bagi pemahaman yang lebih baik tentang hubungan antara kecepatan yang berbeda. Pada gambar yang berdekatan kita miliki:
V_1 \,dan V_2 \,adalah kecepatan mutlak pada inlet dan outlet masing-masing.
V_ {f1} \,dan V_ {} f2 \,merupakan kecepatan aliran pada inlet dan outlet masing-masing.
V_ {w1} + U \,dan V_ {} w2 \,merupakan kecepatan swirl pada inlet dan outlet masing-masing.
V_ {} r1 \,dan V_ {} r2 \,adalah kecepatan relatif pada inlet dan outlet masing-masing.
U_1 \,dan U_2 \,adalah kecepatan dari pisau di inlet dan outlet masing-masing.
\ Alpha adalah sudut guide vane dan \ Beta adalah sudut pisau.
Kemudian oleh hukum saat momentum, torsi pada fluida diberikan oleh:
T = \ dot {m} (r_2 V_ {} w2 - r_1 V_ {w1}) \,
Untuk turbin uap impuls:  r_2 = r_1 = r.
Oleh karena itu, gaya tangensial pada pisau ini  F_u = \ dot {m} (V_ {w1}-V_ {} w2) \,.
Pekerjaan dilakukan per satuan waktu atau daya dikembangkan: {W} = {T * \ omega} \,
Ketika ω adalah kecepatan sudut turbin, maka kecepatan pisau ini {U} = {\ omega * r} \,.
Pekerjaan dilakukan per satuan waktu atau daya dikembangkan {W} \,= {\ Dot {m} U ({\ Delta} V_w)} \,.
Pisau efisiensi
Pisau efisiensi ( {\ Eta_b} \,) dapat didefinisikan sebagai rasio kerja yang dilakukan pada pisau untuk energi kinetik yang dipasok ke cairan, dan diberikan oleh
{\ Eta_b} \,= \ Frac {Work ~ Selesai} {Kinetic Energy ~ ~ Disediakan} \,=\ Frac {} {2UV_w V_1 ^ 2} \,
Tahap efisiensi
Sebuah tahap turbin impuls terdiri dari satu set nozzle dan roda bergerak. Efisiensi Tahap mendefinisikan hubungan antara penurunan entalpi dalam nozzle dan kerja yang dilakukan di panggung.
{\ Eta_ {}} stage = \ frac {Work ~ ~ dilakukan pada blade ~} {Energi ~ ~ disediakan per ~ tahap} \, = \ Frac {U \ Delta V_w} {\ Delta h} \,
Konvergen-divergen nozzle
Dimana {\ Delta h} \,=  h_2-h_1 adalah penurunan entalpi spesifik steam dalam nosel
Pada hukum pertama termodinamika : {} H_1 \,+ \ Frac {V_1 ^ 2} {2} \,= {} H_2 \,+\ Frac {V_2 ^ 2} {2} \,
Dengan asumsi bahwa V_1 \,ini lumayan kurang dariV_2 \,
Kami mendapatkan {\ Delta h} \,≈\ Frac {V_2 ^ 2} {2} \,
Selain itu, efisiensi panggung adalah produk efisiensi pisau dan efisiensi nozzle, atau
{\ Eta_ {}} panggung = {\ eta_b} * {\ eta_N} \,
Efisiensi nosel diberikan oleh {\ Eta_N} \,=\ Frac {V_2 ^ 2} {2 (h_1-h_2)} \,
mana entalpi (dalam J / Kg) uap di pintu masuk nosel adalah  h_1 dan entalpi uap di pintu keluar nozzle tersebut  h_2 .
{\ Delta V_w} = {w1 V_} - (-V_ {} w2) \,
{\ Delta V_w} = {w1 V_} + {V_ w2} \,
{\ Delta V_w} \, = {V_ {} r1 \ cos \ beta_1 + V_ {} r2 \ cos \ beta_2} \,
{\ Delta V_w} \,={V_ {} r1 \ cos \ beta_1} (1 + \ frac {V_ {} r2 \ cos \ beta_2} {V_ {} r1 \ cos \ beta_1}) \,
Rasio cosinus dari sudut pisau di outlet dan inlet dapat diambil dan dilambangkan {C} \,= \ Frac {\ cos \ beta_2} {\ cos \ beta_1} \,.
Rasio kecepatan uap relatif terhadap kecepatan rotor di outlet ke inlet pisau didefinisikan oleh koefisien gesekan {K} \,= \ Frac {V_ {}} r2 {V_ {r1}} \,.
{K <1} \, dan menggambarkan kerugian dalam kecepatan relatif akibat gesekan sebagai uap mengalir sekitar pisau.
{K = 1} \, untuk pisau halus.

{\ Eta_b} \,= \ Frac {2 U \ Delta V_w} {V_1 ^ 2} \,=\ Frac {2 U (\ cos \ alpha_1-U/V_1) (1 + kc)} {} V_1 \,
Rasio dari kecepatan pisau dengan kecepatan uap mutlak di inlet disebut rasio kecepatan pisau {\ Rho} \,=\ Frac {U} {} V_1 \,
{\ Eta_b} \, adalah maksimum ketika {D \ eta_b \ over d \ rho} \, = 0
atau, \ Frac {d} {d \ rho} (2 {\ cos \ alpha_1-\ rho ^ 2} (1 + kc)) \, = 0
Yang menyiratkan {\ Rho} = \ frac {\ cos \ alpha_1} {2} \,
dan herefore \ Frac {U} {} V_1 \,= \ Frac {\ cos \ alpha_1} {2} \,.
Sekarang {\ Rho_ {}} opt = \ frac {U} {} V_1 = \ frac {\ cos \ alpha_1} {2} \,(untuk turbin impuls tahap tunggal)
Grafik yang menggambarkan efisiensi turbin Impulse
Oleh karena itu nilai maksimum efisiensi tahap diperoleh dengan menempatkan nilai \ Frac {U} {} V_1 \,= \ Frac {\ cos \ alpha_1} {2} \,dalam ekspresi{\ Eta_b} \,
Kami mendapatkan:
{(\ Eta_b) _ {max}} = 2 (\ rho \ cos \ alpha_1-\ rho ^ 2) (1 + kc) \,
{(\ Eta_b) _ {max}} = \ frac {\ cos ^ 2 \ alpha_1 (1 + kc)} {2} \,
Untuk pisau pigura yg sudutnya sama \ Beta_1 = \ Beta_2 , sehingga{C} \, = 1
Menempatkan {C} \, = 1 kita mendapatkan{(\ Eta_b) _ {max}} = \ frac {cos ^ 2 \ alpha_1 (1 + k)} {2} \,
Jika terjadi akibat gesekan permukaan pisau diabaikan maka {K} \, = 1
Dan {(\ Eta_b) _ {max}} = {\ cos ^ 2 \ alpha_1} \,
Kesimpulan pada efisiensi maksimum
{(\ Eta_b) _ {max}} = {\ cos ^ 2 \ alpha_1} \,
1. Untuk steam tertentu kecepatan kerja yang dilakukan per kg uap akan maksimal saat {\ Cos ^ 2 \ alpha_1} \, = 1 atau \ Alpha_1 = 0 .
2. Sebagai \ Alpha_1 meningkat, kerja yang dilakukan pada pisau mengurangi, tetapi pada saat yang sama luas permukaan pisau mengurangi, sehingga ada kerugian kurang gesekan.

[ sunting ]Reaksi turbin

Pada turbin reaksi , yang rotor bilah sendiri diatur untuk membentuk konvergen nozel . Ini jenis turbin memanfaatkan gaya reaksi diproduksi sebagai uap mempercepat melalui nozel dibentuk oleh rotor. Uap diarahkan ke rotor oleh baling-baling tetap dari stator . Ini meninggalkan stator sebagai sebuah jet yang mengisi seluruh keliling rotor. Uap kemudian berubah arah dan meningkatkan kecepatan relatif terhadap kecepatan pisau. Penurunan tekanan terjadi di kedua stator dan rotor, dengan uap mempercepat melalui stator dan perlambatan melalui rotor, dengan tidak ada perubahan bersih dalam kecepatan uap di panggung tetapi dengan penurunan baik tekanan dan temperatur, yang mencerminkan pekerjaan yang dilakukan dalam mengemudi dari rotor.
Pisau efisiensi
Energi input ke pisau di panggung:
E = {\ Delta h} \, adalah sama dengan energi kinetik dipasok ke pisau tetap (f) + energi kinetik dipasok ke pisau bergerak (m).
Atau, {E} \,= entalpi penurunan atas pisau tetap, {\ Delta h_f} \,+ entalpi penurunan atas pisau bergerak, {\ Delta h_m} \,.
Pengaruh ekspansi uap di atas pisau bergerak adalah untuk meningkatkan kecepatan relatif di pintu keluar. Oleh karena itu kecepatan relatif di pintu keluar V_ {} r2 \,selalu lebih besar dari kecepatan relatif pada inlet V_ {} r1 \,.
Dalam hal kecepatan, penurunan entalpi atas pisau bergerak diberikan oleh:
{\ Delta h_m} \, = \ Frac {V_ {} r2 ^ 2 - V_ {} r1 ^ 2} {2} \,
(Itu memberikan kontribusi untuk perubahan dalam tekanan statis)
Penurunan entalpi dalam pisau tetap, dengan asumsi bahwa kecepatan uap memasuki pisau tetap adalah sama dengan kecepatan uap meninggalkan pisau yang sebelumnya bergerak diberikan oleh:
Velocity diagram
{\ Delta h_f} \,= \ Frac {V_1 ^ 2 - V_0 ^ 2} {2} \,di mana V 0 adalah kecepatan inlet uap dalam nosel
V_ {0} \, sangat kecil dan karenanya dapat diabaikan
Oleh karena itu, {\ Delta h_f} \,=\ Frac {V_1 ^ 2} {2} \,
E = {\ Delta h_f + \ Delta h_m} \,
E = \ frac {V_1 ^ 2} {2} \, + \ Frac {V_ {} r2 ^ 2 - V_ {} r1 ^ 2} {2} \,
Sebuah desain yang sangat banyak digunakan memiliki setengah tingkat reaksi atau reaksi 50% dan ini dikenal sebagai turbin Parson . Ini terdiri dari rotor simetris dan pisau stator. Untuk turbin ini segitiga kecepatan mirip dan kami memiliki:
\ Alpha_1 = \ Beta_2 , \ Beta_1 =\ Alpha_2
V_1 \,= V_ {} r2 \,, V_ {} r1 \,=V_2 \,
Dengan asumsi turbin Parson dan mendapatkan semua ekspresi kita mendapatkan
{E} = {V_1 ^ 2} - \ frac {V_ {} r1 ^ 2} {2} \,
Dari segitiga kecepatan inlet kita miliki {V_ {} r1 ^ 2} = {V_1 ^ 2-U ^ 2-2UV_1 \ cos \ alpha_1} \,
{E} \, = {V_1 ^ 2 - \ frac {V_1 ^ 2} {2} - \ frac {U ^ 2} {2} + \ frac {2UV_1 \ cos \ alpha_1} {2}} \,
{E} \, = \ Frac {V_1 ^ 2-U ^ 2 +2 UV_1 \ cos \ alpha_1} {2} \,
Kerja yang dilakukan (untuk aliran satuan massa per detik): {W} \,= {U * \ Delta V_w} \,={U * (2 * V_1 \ cos \ alpha_1-U)} \,
Oleh karena itu efisiensi pisau diberikan oleh
{\ Eta_b} \, = \ Frac {2U (2V_1 \ cos \ alpha_1-U)} {V_1 ^ 2-U ^ 2 +2 V_1U \ cos \ alpha_1} \,
Kondisi efisiensi maksimum pisau
Membandingkan Efisiensi turbin Impulse dan Reaksi
Jika {\ Rho} \,= \ Frac {U} {} V_1 \,, maka
{(\ Eta_b) _ {max}} \, = \ Frac {2 \ rho (\ cos \ alpha_1-\ rho)} {V_1 ^ 2-U ^ 2 +2 UV_1 \ cos \ alpha_1} \,
Untuk efisiensi maksimum {D \ eta_b \ over d \ rho} \, = 0, kita mendapatkan
{(1 - \ rho ^ 2 +2 \ rho \ cos \ alpha_1) (4 \ cos \ alpha_1-4 \ rho) -2 \ rho (2 \ cos \ alpha_1-\ rho) (-2 \ rho +2 \ cos \ alpha_1) = 0} \,
dan ini akhirnya memberikan {\ Rho_ {}} opt = \ frac {U} {} = {V_1 \ cos \ alpha_1} \,
Oleh karena itu {(\ Eta_b) _ {max}} \,ditemukan dengan menempatkan nilai {\ Rho} \,=  {\ Cos \ alpha_1} \,dalam ekspresi efisiensi pisau
{(\ Eta_b) _ {}} reaksi \, = \ Frac {2 \ cos ^ 2 \ alpha_1} {1 + \ cos ^ 2 \ alpha_1} \,
{(\ Eta_b) _ {}} impuls \, = {\ Cos ^ 2 \ alpha_1} \,
Diposting oleh di

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Posting Komentar (Atom)