Детальный расчет ступеней давления

Дня определения среднего диаметра первой нерегулируемой ступени, можно воспользоваться следующей формулой для ориентировочного определения высоты рабочей лопатки:

l₂^1ст=(G^1стv_p)/(πd_kc₂) =0,027 м,

G^1cт=(0,99-0,995)G=0,992·170=168,6 кг/с

В этих формулах принят целый ряд допущений: удельный объем за рабочей лопаткой первой ступени принят равным удельному объему перед ступенью (за регулирующей ступенью), сметаемая площадь определяется по корневому диаметру, ориентировочно принято значение с₂. Средний диаметр первой ступени составит

d_2ср^1ст=d_k+l₂^1ст=0,942 м

Реактивность на среднем диаметре первой ступени можно определить по известной формуле

0,1032

Тепловой расчет нерегулируемых ступеней сведен в табл.2.3.

Расчет потерь, относительного внутреннего КПД и мощности нерегулируемых ступеней сведен в табл.2.4.

Тепловой расчет нерегулируемых ступеней

№ п/п	Показатель	Обозначе-ние	Размер-ность	Формула или обоснование	Значение 1 ступень
	Расход пара	G	кг/с	Задано или из предварительного расчета	168,6
	Частота вращения	n	c^-1	Задано
	Параметры пара перед ступенью	Давление	p0	МПа	Из расчета предыдущей ступени	10,01
	Энтальпия	h0	кДж/кг	-	3461,1
	Удельный объем	v0	м^3/кг	-	0,03442
	Температура	t 0	^оC	-
	Скорость потока на входе в ступень	С0	м/с	С^10= С^i-12	75,1
	Изоэнтропийный теплоперепад ступени	H	кДж/кг	Из предварительного расчета	41,0
	Располагаемый теплоперепад ступени от параметров торможения	H	кДж/кг	Для первой ступени –(Н0=Н^1ст0), Для последующих ступеней (Н0=Н^i^ст0=Н^i^ст0+(С0)^2/(2*10^3)	43,8
	Средний диаметр	dср	м	Определен	0,942
	Окружная скорость	u	м/с	u = πdn=3,14*0,942*50=	148,0
	Отношение скоростей	xф=u/cф	-	хф=u/(10^3*2*H0)^0.5= =148,0/(10^3*2*43,8)^0,5=	0,50
	Степень реактивности	ρ	-	Определена	0,10
	Изоэнтропийный перепад в сопловой решетке	Н0C	кДж/кг	H0C=(1-ρ)·H0= =(1-0,10)*43,8=	39,52
	Теоретическая скорость пара на выходе из сопел	c1t	м/с	c1t=(10^3 ·2·H0C)^0.5= =(10^3*2*38,52)^0,5=	281,1
	Параметры па­ра за соплами при теоретичес­ком процессе	Давление	P1	МПа	f(p'o, v'o, Hоc)	8,91
	Энтальпия	h1t	кДж/кг	h1t=h0-H0c=	3421,6
	Уд. объем	v1t	м^3/кг	f(h1t,p1)	0,03772
	Число Маха	M1t	-	M1t=c1t/a1t=c1t/(10^6*k*P1*v1t)^1/2==281,1/(10^6*1,3* *8,91*0,03772)^0,5=	0,425
	Коэффициент расхода	μ1	-	По графику	0,973
	Выходная площадь сопловой решетки	F1	m^2	F1=G·v1t/μ1·c1t=	0,023
	Эффективный угол выхода потока	α1эф	град.	Принимаем 8 - 16 град.
	Высота решетки	l1	м	l1=F1/(πde sin(α1))	0,030
	Относительная высота решетки		-	l1/b1; b1 -принимаем 0,078м	0,39
	Профиль сопловой решетки	-	-	Выбирается в зависимости от M1t; α0; α1эф^(10)	С-9015А
	Относительный шаг сопловой решетки		-	По аэродинамическим характеристикам выбранной решетки	0,77
	Угол установки профилей сопловой решетки	αу	град.	По аэродинамическим характеристикам выбранной решетки
	Шаг профилей сопловой решетки	t1~	м	t1~= ·b1=0,77*0,078=	0,06006
	Число сопловых лопаток	z1~	шт.	z1~=(πde)/ t1~=(3,14*0,942*0,9)/0,06006=	44,3
	Уточненное число сопловых лопаток	z1	шт.	Округляется (z1~) до целого числа
	Уточненное значение шага сопловой решетки	t1	-	t1=(πde)/z1=(3,14*0,942* *0,9)/44=	0,0673
	Коэффициент скорости	φ	-	По графику	0,965
	Скорость выхода потока из сопловой решетки	с1	м/с	=	271,3
	Потери в соплах	ΔHC	кДж/кг	(1-φ^2)·H0C=	2,72
	Относительная скорость на входе в рабочую решетку	w1	м/с		134,0
	Угол входа относительной скорости	β1	град		31,6
	Изоэнтропийный теплоперепад в рабочей решетке	H0рл	кДж/кг	=	4,31
	Теоретическая скорость на выходе из рабочих лопаток	w2t	м/с		163,0
	Параметры пара за рабочей решеткой	Давление	p2	МПа	f(p1, v1t, Hорл)	8,80
	Энтальпия	h2t	кДж/кг	h2t=h1t+ΔH0c-H0рл=	3420,0
	Уд.объем	v2t	м^3/кг	f(h2t, p2)	0,03817
	Число Маха	М2t	-	M2t=w2t/a2t= w2t/(10^6·k· p2· ·v2t)^0,5=	0,25
	Высота рабочих лопаток	l2	м	l2=l1+Δ=	0,034
	Коэффициент расхода	μ2	-	По графику	0,96
	Площадь рабочей решетки	F2	м^2	F2=G·v2t/µ2·w2t=	0,041
	Угол выхода потока из рабочих лопаток	β2	град.	β2=arcsin(F2/ πdel 2)	23,9
	Относительная высота решетки		-	= l2/b2 b2 принимаем 0,035 м	0,98
	Профиль рабочей решетки	-	-	Выбирается в зависимости от M2t; β1; β2^(10)	Р-3021А
	Относительный шаг рабочей решетки		-	По аэродинамическим характеристикам выбранной решетки	0,61
	Угол установки профилей рабочей решетки	βу	град.	По аэродинамическим характеристикам выбранной решетки
	Шаг профилей рабочей решетки	t2~	м	t2~= ·b2=0,6*0,035=	0,02135
	Число рабочих лопаток	z2~	шт.	z2~=(πd)/ t2~= =(3,14*0,942)/0,021=	138,6
	Уточненное число рабочих лопаток	z2	шт.	Округляется (z2~) до целого числа
	Уточненное значение шага рабочей решетки	t2	-	t2=(πd)/z2= =(3,14*0,942)/139=	0,0213
	Коэффициент скорости	ψ	-	По графику	0,946
	Относительная скорость выхода потока из рабочей решетки	w2	м/с	w2=ψ· w2t=	154,2
	Потери в рабочей решетке	ΔHрл	кДж/кг	=	1,40
	Абсолютная скорость потока за ступенью	с2	м/с	=	62,8
	Угол выхода потока из ступени	α2	град.	=	-83,6

№ п/п	Обозна-чение	Размер-ность	Значе-ние 2 ступень	Значе-ние 3 ступень	Значе-ние 4 ступень	Значе-ние 5 ступень	Значе-ние 6 ступень	Значе-ние 7 ступень	Значе-ние 8 ступень	Значе-ние 9 ступень	Значе-ние 10 ступень	Значе-ние 11 ступень
	G	кг/с	168,6	168,6	168,6	168,6	168,6	168,6	168,6	168,6	168,6	168,6
	n	c^-1
	p0	МПа	8,80	7,69	6,69	5,80	5,02	4,32	3,71	3,17	2,69	2,28
	h0	кДж/кг	3427,7	3392,4	3356,8	3320,9	3284,9	3248,6	3212,2	3175,6	3138,9	3101,9
	v0	м^3/кг	0,03836	0,04295	0,04823	0,05433	0,06139	0,06959	0,07918	0,09043	0,10367	0,11934
	t 0	^оC
	С0	м/с	62,8	63,6	64,4	65,0	65,5	66,0	66,3	66,5	66,6	66,7
	H	кДж/кг	43,0	43,0	43,1	43,1	43,2	43,2	43,2	43,2	43,2	43,2
	H	кДж/кг	45,0	45,1	45,2	45,2	45,3	45,4	45,4	45,4	45,5	45,5
	dср	м	0,951	0,955	0,959	0,964	0,970	0,977	0,985	0,995	1,006	1,020
	u	м/с	149,4	150,0	150,6	151,4	152,4	153,5	154,8	156,3	158,1	160,2
	xф=u/cф	-	0,50	0,50	0,50	0,50	0,51	0,51	0,51	0,52	0,52	0,53
	ρ	-	0,11	0,12	0,13	0,14	0,14	0,16	0,17	0,18	0,20	0,22
	Н0C	кДж/кг	39,85	39,66	39,43	39,12	38,75	38,31	37,77	37,14	36,39	35,52
	c1t	м/с	282,3	281,6	280,8	279,7	278,4	276,8	274,8	272,5	269,8	266,5
	P1	МПа	7,81	6,81	5,91	5,12	4,42	3,80	3,25	2,77	2,36	2,00
	h1t	кДж/кг	3387,8	3352,7	3317,4	3281,8	3246,1	3210,3	3174,4	3138,5	3102,5	3066,3
	v1t	м^3/кг	0,04216	0,04729	0,05320	0,06002	0,06793	0,07714	0,08789	0,10050	0,11534	0,13287
	M1t	-	0,432	0,435	0,439	0,443	0,446	0,449	0,451	0,453	0,454	0,454
	μ1	-	0,973	0,974	0,975	0,975	0,975	0,975	0,975	0,976	0,976	0,976
	F1	m^2	0,026	0,029	0,033	0,037	0,042	0,048	0,055	0,064	0,074	0,086
	α1эф	град.
	l1	м	0,033	0,037	0,042	0,047	0,054	0,061	0,069	0,079	0,090	0,104
		-	0,43	0,48	0,54	0,61	0,69	0,78	0,89	1,01	1,16	1,33
	Профиль сопловой решетки	-	c9015a	c9015a	c9015a	c9015a	c9015a	c9015a	c9015a	c9015a	c9015a	c9015a
		-	0,77	0,77	0,77	0,77	0,77	0,77	0,77	0,77	0,77	0,77
	αу	град.
	t1~	м	0,06006	0,06006	0,06006	0,06006	0,06006	0,06006	0,06006	0,06006	0,06006	0,06006
	z1~	шт.	49,7	49,9	50,2	50,4	50,7	51,1	51,5	52,0	52,6	53,4
	z1	шт.	50,0	50,0	50,0	50,0	51,0	51,0	52,0	52,0	53,0	53,0
	t1	-	0,0598	0,0600	0,0603	0,0606	0,0598	0,0602	0,0595	0,0601	0,0597	0,0605
	φ	-	0,965	0,966	0,969	0,97	0,971	0,971	0,971	0,973	0,974	0,975
	с1	м/с	2,74	2,65	2,41	2,31	2,22	2,19	2,16	1,98	1,87	1,75
	ΔHC	кДж/кг	272,4	272,1	272,1	271,3	270,3	268,8	266,9	265,2	262,7	259,9
	w1	м/с	133,9	133,0	132,5	131,0	129,3	126,9	124,0	121,2	117,4	113,0
	β1	град	31,8	32,0	32,1	32,4	32,8	33,2	33,8	34,5	35,4	36,5
	H0рл	кДж/кг	5,10	5,40	5,73	6,12	6,55	7,06	7,64	8,30	9,07	9,94
	w2t	м/с	167,7	168,8	170,3	171,5	172,7	173,8	175,1	176,9	178,7	180,7
	p2	МПа	7,69	6,69	5,80	5,02	4,32	3,71	3,17	2,69	2,28	1,92
	h2t	кДж/кг	3385,5	3350,0	3314,1	3278,0	3241,8	3205,4	3168,9	3132,2	3095,3	3058,2
	v2t	м^3/кг	0,04275	0,04801	0,05406	0,06108	0,06924	0,07877	0,08995	0,10311	0,11868	0,13720
	М2t	-	0,26	0,26	0,27	0,27	0,28	0,28	0,29	0,29	0,30	0,31
	l2	м	0,037	0,041	0,046	0,051	0,058	0,065	0,073	0,083	0,094	0,108
	μ2	-	0,961	0,961	0,961	0,961	0,961	0,961	0,961	0,962	0,962	0,962
	F2	м^2	0,045	0,050	0,056	0,063	0,070	0,080	0,090	0,102	0,116	0,133
	β2	град.	23,6	23,7	23,7	23,7	23,7	23,6	23,5	23,3	23,0	22,7
		-	1,07	1,18	1,31	1,47	1,64	1,85	2,09	2,36	2,69	3,08
	Профиль рабочей решетки	-	p3021a	p3021a	p3021a	p3021a	p3021a	p3021a	p3021a	p3021a	p3021a	p3021a
		-	0,61	0,61	0,61	0,61	0,61	0,61	0,61	0,61	0,61	0,61
	βу	град.
	t2~	м	0,02135	0,02135	0,02135	0,02135	0,02135	0,02135	0,02135	0,02135	0,02135	0,02135
	z2~	шт.	139,9	140,5	141,1	141,9	142,7	143,8	145,0	146,4	148,1	150,1
	z2	шт.	140,0	140,0	141,0	142,0	143,0	144,0	145,0	146,0	148,0	150,0
	t2	-	0,0213	0,0214	0,0214	0,0213	0,0213	0,0213	0,0213	0,0214	0,0214	0,0214
	ψ	-	0,947	0,949	0,949	0,95	0,951	0,951	0,952	0,953	0,955	0,956
	w2	м/с	158,8	160,2	161,6	162,9	164,2	165,3	166,7	168,6	170,6	172,7
	ΔHрл	кДж/кг	1,45	1,42	1,44	1,43	1,43	1,44	1,44	1,44	1,40	1,40
	с2	м/с	63,6	64,4	65,0	65,5	66,0	66,3	66,5	66,6	66,7	66,5
	α2	град.	-86,6	-87,1	-87,7	-88,0	-88,3	-88,3	-88,4	-88,8	-89,1	-89,3

Расчет потерь, относительного внутреннего КПД и мощности нерегулируемых ступеней

Табл. 2.4.1.

№ п/п	Показатель	Обозна- чение	Размер-ность	Формула или обоснование	Значение (1ступень)	Значение (2ступень)
	Потери энергии в сопловой решетке	Δ Hc	кДж/кг	Из предыдущей таблицы	2,72	2,74
	Потери в рабочей решетке	Δ Hрл	кДж/кг	Из предыдущей таблицы	1,40	1,45
	Потери с выходной скоростью	Δ Hвс	кДж/кг	= =71,09^2/(2*10^3)=	1,97	2,02
	Относительный лопаточный КПД	ηол	-	ηол =(Н0- Δ Hc- Δ Hрл- - Δ Hвс)/Е0, где Ео=41,28	0,835	0,856
	Потери на трение диска	ξT	-		0,002859	0,002592006
	Потери от периферийной утечки (над бандажом)	ξбy	-	ξбy = (π*dn*δэ*ηол/F1)*(ρ+1.7*l/d)^0.5	0,023653	0,02342823
	Потери от утечки в диафрагменное уплотнение	ξдy	-	ξдy=((μуFу)/μ1F1(zy)^0.5)*ηол=	0,008824	0,008136966
	Относительный внутренний КПД	ηоi	-	ηоi = ηол - ξT - ξбy - ξдy=	0,799	0,822
	Использованный теплоперепад ступени	Hi	кДж/кг	Hi =Е0* ηоi =	33,5	35,3
	Внутренняя мощность ступени	Ni	кВт	=	5641,5	5954,0
	Параметры пара за ступенью	Давление	p2	МПа		8,80	7,69
	Энтальпия	h2	кДж/кг		3427,7	3392,4
	Уд. объем	v2	м^3/кг		0,03836	0,04295

Прод. Табл.2.4.1

Дата добавления: 2015-12-07