Точка 3

Р_2t =2.34 МПа; h_2t = 2982 кДж/кг; S_2t =6.66 кДж/кг; V_2t = 0.11 м³/кг; t_2t =291°С;

Точка 4 (параметры за последней ступенью):

Р_2Z =2.34 МПа; h_2Z = 3035 кДж/кг; S_2Z =6.75 кДж/кг; V_2Z = 0.113 м³/кг; t_2Z =314 °С;

Точка 5 (параметры за турбиной):

Р_к =2.3 МПа; h _к = 3037 кДж/кг; S _к =6.76 кДж/кг; V _к = 0.114 м³/кг; t _к =315°С;

Точка 7:

Р₇ =2.3 МПа; h _к = 3035 кДж/кг; S _к =6.75 кДж/кг; V _к =0.113 м³/кг; t _к =314°С

Процесс расширения пара в h, s-диаграмме показан на рис.1.

3. Ориентировочный расчет регулирующей ступени.

Принимаем регулирующую ступень одновенечной по величине теплового перепада на регулирующую ступень 70-100 кДж/кг и по прототипу проектируемой турбины. Выбираем тепловой перепад регулирующей ступени Hрег=90 кДж/кг.

Степень реакции для одновенечных ступеней: ρ=0.05-0.12 (см. [1] стр.12). Принимаем ρ=0.1.

На диаграмме от точки 0' откладывается теплоперепад, срабатываемый в соплах ступени.

Располагаемый тепловой перепад в соплах:

90(1-0.1)=81 кДж/кг

и в самой ступени Н₀^РС =90 кДж/кг.

Таким образом находятся параметры в т. 1 и 2 на h, s – диаграмме.

Находятся изобары P₁^РС (давление за соплами): P₁^РС=9.6 МПа, и Р₂^РС (давление за ступенью): P₂^РС =9.33 МПа.

Для ориентировочного расчета задаемся углом наклона сопел и отношением U/C₀.

Отношение U/C₀ принимаем:

U/C₀=0.38 (оно должно лежать в пределах 0.38-0.45 для одновенечных регулирующих сутупеней, см. [1], стр.13).

Условная теоретическая скорость истечения, рассчитанная по всему теплоперепаду регулирующей ступени:

424 м/с (см. (1.15) из [1])

Теоретическая скорость истечения из сопл:

403 м/с (см. (1.17) из [1])

Окружная скорость на среднем диаметре:

U=C₀· U/C₀=424·0.38=161 м/с (см. (1.18) из [1])

Средний диаметр регулирующей ступени:

d_рс=U/( n) (см. (1.19) из [1])

Тогда получаем

d_рс=161/(3.14 50)=1.026 м

Задаемся эффективным углом сопловой решетки регулирующей ступени:

=15º

Произведение степени парциальности на высоту сопловой решетки:

e l= (м), где

- определяется по h, s – диаграмме по состоянию в конце теоретического процесса истечения из сопл (по h=h₀- =3460-81=3379 кДж/кг и S=6.64 кДж/кг);

μ₁ – коэффициет расхода сопл (см. [1] пояснения к формуле (1.20).

Для одновенечной регулирующей ступени оптимальная степень парциальности:

Тогда высота сопловой решетки:

=27 мм.

1. Определение размеров первой нерегулируемой ступени.

Расчет производим в следующем порядке: задаемся рядом перепадов ступени, задаемся значениями степени реакции, х_0Ι, выбирается угол потока за сопловой решеткой; для каждого теплового перепада определяется: условная (фиктивная) скорость, окружная скорость, средний диаметр ступени, теплоперепад, срабатываемый в соплах первой ступени, удельный объем пара на выходе из сопел, находится скорость истечения из сопел, определяется произведение степени парциальности на высоту сопла, приближенно оценивается число ступеней цилиндра. Результаты расчета сведены в таблицу 1.

Приведем подробный расчет для одного из вариантов.

h_0I=30 кДж/кг;

задаемся степенью реакции ступени: ρ=0,1;

задаемся величиной: x_0I=0.52;

выбираем угол потока за сопловой решеткой: α_1эф=13;

фиктивная скорость: м/с;

окружная скорость: м/с;

средний диаметр ступени: м;

теплоперепад отработанный в соплах первой ступени:

кДж/кг;

определим удельный объем пара на выходе из сопел по состоянию в конце изоэнтропного процесса расширения: v_1tI=f(h,s)=0.0381 м³/кг;

теоретическая скорость истечения из сопел:

м/с;

произведение степени парциальности на высоту:

мм;

число ступеней цилиндра:

;

где:

= - h_2t=3400-2995=405 кДж/кг

Значения x_0I=0.52; α_1эф=13; ρ=0,1; μ=0.97; α=0.027 и К=1.1 принимаются одинаковыми для всех вариантов.

Результаты сводим в таблицу 1.

Величина	Размерность	Варианты
Располагемый теплоперепад h0^I	кДж/кг
Отношение скоростей x0^I	---	0.52	0.52	0.52	0.52	0.52	0.52
Фиктивная скорость истечения c0	м/с
Окружная скорость на среднем диаметре u^I	м/с
Средний диаметр ступени d^I	м	0.47	0.662	0.81	0.936	1.045	1.146
Эффективный угол сопловой решетки α1эI	---
Степень реакции ρ^I	---	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
Располааемый теплоперепад на сопла h01^I	кДж/кг
Теоретическая скорость истечения из сопл c1t	м/с
Коэффициент расхода μ	---	0.97	0.97	0.97	0.97	0.97	0.97
Коэффициент возврата тепла α	---	0.027	0.027	0.027	0.027	0.027	0.027
Коэффициент К	---	1.1	1.1	1.1	1.1	1.1	1.1
Теорретичекий удельный объем пара за соплами v1t^I	м^3/кг	0.0366	0.0373	0.0381	0.0389	0.0407	0.0414
Произведение el1	мм
Приближенное число ступеней турбины z	---		18.9	12.6	9.44	7.56	6.3

По результатам таблицы 1 строятся графики (см. рис. 2). Из рис. 2 выбирается соотношение рассчитываемых параметров таким образом, чтобы

- ступень была выполнена с полным подводом (е^I=1);

- высота сопловой решетки l₁^I была не менее 15 мм.

Рис.2. Зависимость z, el ₁^I , d от h.

Путь подбора ясен из рис.2.

Из графика выбираем

z≈9 (предварительно);

d ^I= 0.962 м;

el ₁^I= 38 мм;

h_0I=42кДж/кг;

dkI= dI - el1 ^I /1000=0.962-38/1000=0.924 м.

5. Определение размеров последней ступени.

В практике турбостроения принято, что турбины с противодавлением выполняются с постоянным внутренним диаметром ступеней. Это позволяет упростить и удешевить изготовление ротора (так как такой закон изменения корневых диаметров позволяет обеспечить унификацию хвостовых креплений лопаток, постоянство диаметров обточки дисков, а также размеров канавок в дисках, протачиваемых для крепления лопаток). Кроме того для удешевления производства проточную часть этих турбин обычно выполняют из ступеней с постоянными углами α₁ и β₁. Ступени при этом отличаются только высотами сопл и лопаток.

Для проектирования проточной части с постоянным внутренним диаметром достаточно спроектировать последнюю ступень турбины с таким расчетом, чтобы внутренний диаметр ее был равен внутреннему диаметру первой ступени, т.е. из условия

Для этого нужно выбрать соответствующий тепловой перепад на последнюю ступень.

Это задача решается графическим способом. Задаемся рядом значений d_z: от d^I до 1.3 d^I и для каждого варианта находится внутренний диаметр

Результаты расчета сведены в таблицу 2. Приведем подробный пример расчета для одного из вариантов.

Задаемся значением d_z=d_I=0.962 м;

Окружная скорость на среднем диаметре:

Uz=π*d*n=3.14*0.962*50=151 м/с;

Отношение скоростей x₀^I=0.52;

Располагаемый теплоперепад на ступень

кДж/кг;

Степень реакции на среднем диаметре: ρ_I=ρ_Z=0.1;

Располагаемый теплоперепад на сопла

кДж/кг;

Теоретическая скорость истечения из сопл

м/с;

Эффективный угол сопловой решетки α_Zэф=α_1эф=13º;

Располагаемый теплоперепад на рабочую решетку

42-37.8=4.2 кДж/кг;

Удельный объем пара за соплами

v_2z=v₂=0.11 м³/кг (v₂ из пункта 2);

Высота рабочей решетки

м;

Корневой диаметр рабочей решетки

м

Таблица 2.

Величина	Размерность	Варианты
d^I	1.05d^I	1.1d^I	1.15d^I	1.2d^I	1.25d^I	1.3d^I
Средний диаметр dz	м	0.962	1.01	1.058	1.106	1.154	1.203	1.251
Окружная скорость на среднем диаметре Uz	м/с	151	159	166	173	180	187	194
Степень реакции ρz	-	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
Располагаемый теплоперепад на ступень h0z	кДж/кг	42	47	51	55	60	64	68
Отношение скоростей х0^z= x0^I	-	0.52	0.52	0.52	0.52	0.52	0.52	0.52
Располагаемый теплоперепад на сопла h01z	кДж/кг	37.8	42.3	45.9	49.5	54	57.6	61.2
Теоретическая скорость истечения из сопл c1t	м/с	275	291	303	315	329	342	355
Эффективный угол сопловой решетки α1эфZ	---	13	13	13	13	13	13	13
Располагаемый теплоперепад на рабочую решетку h02^z	кДж/кг	4.2	4.7	5.1	5.5	6	6.4	6.8
Удельный объем пара за соплами v1tI	м^3/кг	0.11	0.11	0.11	0.11	0.11	0.11	0.11
Коэффициент расхода μ	-	0.97	0.97	0.97	0.97	0.97	0.97	0.97
Высота сопловой решетки l1z	мм	103	93	84	75	67	61	56
Перекрыша рабочей решетки	мм	5	5	5	5	5	5	5
Корневой диаметр рабочей решетки dк2^z	м	0.849	0.917	0.974	1.031	1.087	1.142	1.195

Из графика выбираем:

d=1.016 м;

l=92 мм;

h_0I=48 кДж/кг

Рис. 3. К определению размеров последней нерегулируемой ступени.

1. Определение числа нерегулируемых ступеней и распределение теплового перепада.

Для определения числа, размеров ступеней и их тепловых перепадов производим следующее графическое построение. Берем произвольный отрезок прямой, на концах которого в определенном масштабе в качестве ординат откладываются диаметры первой и последней ступеней. Соединяя концы этих отрезков, проводим (плавно) линию предполагаемого изменения диаметров. На этом же графике наносится и кривая изменения x₀.

Полученные графики изменения диаметров и х₀ позволяют нанести кривую изменения тепловых перепадов, которые расчитываются по формуле

Найденные тепловые перепады наносим в определенном масштабе на график, и полученные точки соединяем плавной кривой.

Таблица 3. Распределение параметров по длине проточной части.

Величина	d	Х0	ρ	h0
Размерность	м	---	---	кДж/кг
1	0.962	0.52	0.1	42
2	0.971	0.52	0.1	43
3	0.980	0.52	0.1	44
4	0.989	0.52	0.1	45
5	0.998	0.52	0.1	46
6	1.007	0.52	0.1	47
7	1.016	0.52	0.1	48

На основании данных таблицы 3 строим график (рисунок 4).

находим средний тепловой перепад:

=(42+43+44+45+46+47 +48)/7=45 кДж/кг;

где m – число отрезков, на которые разделена база.

по среднему тепловому перепаду определяем число нерегулируемых ступеней:

=9.2, z=9;

уточним значение коэффициента возврата теплоты:

где η_0iT – внутренний относительный КПД цилиндра;

H_0x – располагаемый теплоперепад нерегулируемых ступеней;

К – коэффициент зависящий от состояния пара; К=4.8*10^-4;

уточним количество нерегулируемых ступеней:

=9.2, z=9

Далее производим разделение базы на z-1 равных отрезков. На границах отрезков восстанавливаем перпендикуляры до пересечения с линиями диаметров и теплоперепадов. Так как сумма тепловых перепадов отличается от величины (1+α)*H_0x то находим невязку ΔH, которую распределяем по всем ступеням пропорционально перепадам. Затем корректируем значение h₀. Результаты расчета сведены в таблицу 4.

Определяем величину невязки:

кДж/кг;

распределяем невязку по ступеням:

кДж/кг;

корректируем значение h01: кДж/кг;

Сводим полученные результаты в таблицу 4.

Таблица 4

№ ступени	Диаметр ступени	h0 по графику	Δh - поправка	h0 корректир.
1	0.962	42	1.4	43.4
2	0.969	42.6	1.4	44
3	0.975	43.2	1.4	44.6
4	0.982	43.8	1.4	45.2
5	0.989	44.6	1.5	46.1
6	0.996	45.3	1.5	46.8
7	1.002	46.1	1.5	47.6
8	1.008	47	1.5	48.5
9	1.016	48	1.6	49.6

Дата добавления: 2015-07-08