Определение ширин лопаток турбины в первом приближении и построение меридионального сечения проточной части турбины

В результате выполненных в разделе 2.2 предварительных расчетов были получены диаметральные размеры турбины за рабочими лопатками последней ступени и на входе в РК первой ступени. При выбранном числе ступеней эти размеры являются базовыми для построения эскиза проточной части. Предварительный расчет ширины лопаток турбины опирается на статистические соотношения.

2.4.1.1. На основании статистических данных выбирается в первом приближении ширина рабочих решеток охлаждаемых ступеней:

где – статистический коэффициент. Его величина обычно находится в диапазоне … .

- средний диаметр ступени, м. Для последней ступени турбины, а также в случае одноступенчатой турбины принимается равным среднему диаметру на выходе (см. п. 2.2.14). Если турбина многоступенчатая, то средний диаметр первой ступени принимается равным рассчитанному значению среднего диаметра на входе в РК первой ступени (см. п. 2.2.15). Средний диаметр остальных ступеней рассчитываются в предположении, что они меняются по ступеням в соответствии с линейным законом. Расчетные формулы для определения среднего диаметра разных ступеней приведены в таблице 2.6.

Ширина рабочих лопаток неохлаждаемых ступеней меньше, определенной по приведенной выше формуле, на 10...15%:

2.4.1.2. Осевая ширина сопловых лопаток может быть найдена по следующему соотношению:

.

Если лопатка не охлаждаемая, то если – охлаждаемая, то .

2.4.1.3. Осевой зазор между венцами можно найти по следующей статистической формуле:

2.4.1.4. Длина проточной части турбины может быть найдена следующим образом:

2.4.1.5. Для каждой ступени выбирается величина радиального зазора в РК . Он во многом определяет эффективность ступени. На величину зазоров влияет большое количество разных факторов: удлинение лопаток под действием нагрузок, тепловое расширение статора и ротора, материалы деталей турбины, процессы, происходящие при изменении режимов работы и др. Зазор должен быть минимальным, но достаточным для исключения задевания ротора о статор на всех режимах работы. Выбор усложняется тем, что величина монтажного и рабочего зазоров могут значительно различаться. Поэтому выбор величины радиальных зазоров является темой отдельного серьезного исследования. Обычное значение величины радиального зазора находится в диапазоне 0,5...1,5мм [1,13,14,15].

Расчетные формулы для определения ширин лопаток и зазоров турбины сведены в таблицу 2.6.

Турбина двигателя рассматриваемого в примере двухступенчатая. Поэтому средний диаметр ее первой ступени принимается равным среднему диаметру на входе , а средний диаметр второй ступени – среднему диаметру на выходе . Обе ступени турбины охлаждаются. Результаты расчета линейных размеров проточной части турбины в рассматриваемом примере, проведенные в соответствии с изложенными выше рекомендациями, приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.6 - Расчетные формулы для определения ширин лопаток и осевых зазоров турбины

Число ступеней	1	2	произвольное
Номер ступени	1	1	2	1	2	i	z
, м
	Если ступень неохлаждаемая, то , если охлаждаемая
м
, м	0,5...1,5мм

Таблица 2.5 – Результаты расчета линейных размеров проточной части турбины ВД в рассматриваемом примере

Номер ступени	1	2
, м
м
, мм	1	1

Длина проточной части турбины может быть найдена следующим образом:

2.4.1.6. В соответствии с выбранной формой проточной части и полученными геометрическими размерами строится меридиональный профиль проточной части турбины газогенератора (см. рисунок 2.8).

Построение ведется в следующей последовательности:

Шаг 1. Строятся координатные оси. Вертикальная ось - радиус R, ее начало лежит на оси вращения. Предельное значение – незначительно (на 5…...10%) превышает предельное значение радиуса турбины Горизонтальная ось – длина турбины L. Предпочтительно, чтобы цена делений на обеих осях была одинаковой. В этом случае проточная часть турбины будет изображена на эскизе без искажений.

Шаг 2. Проводится вертикальная линия. Полученной линии присваивается наименование А-А.

Шаг 3. Строится линия, параллельная вертикали А-А, отстоящая от нее на расстояние . Полученной линии присваивается наименование Б-Б.

Шаг 4. Строится линия, параллельная Б-Б, отстоящая от нее на расстояние .

Шаг 5. Строится линия, параллельная полученной в предыдущем шаге, отстоящая от нее на расстояние .

Шаг 6. Строится линия, параллельная полученной в предыдущем шаге, отстоящая от нее на расстояние . Построенные линии сформировали в осевом направлении первую ступень турбины.

Шаг 7. Действия шагов 3...6 повторяются последовательно для оставшихся ступеней турбины в порядке следования. Для последней ступени шаг 5 (построение линии отстоящей на ) не выполняется.

Шаг 8. На линии Б-Б ставится точка 1, отстоящая от оси турбины на расстояние . Аналогично строятся точки 2 и 3, находящиеся на расстоянии и соответственно.

Шаг 9. Таким же образом на крайней правой вертикали строятся точки 4, 5 и 6, находящиеся на расстоянии и от оси турбины соответственно.

Шаги 1…6	Шаг 7
Шаги 8 и 9	Шаги 10…12

Рисунок 2.8 – Этапы построения меридионального сечения проточной части турбины

Шаг 10. Точки 1 и 4, а также 3 и 6 попарно соединяются сплошными линиями, а точки 2 и 5 – штрихпунктирными.

Шаг 11. Из точек 1, 2, 3 опускаются перпендикуляры на линию А-А. Результатом построения являются очерченные контуры рабочих и сопловых лопаток турбины.

Шаг 12. Параллельно верхним торцам рабочих лопаток проводятся параллельные линии, отстоящие от них на величину .

Шаг 13. Из средних частей рабочих лопаток опускаются вниз перпендикулярные отрезки, символизирующие диски. Их следует соединить горизонталью на произвольном радиусе.

Проточная часть турбины в рассматриваемом примере показана на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9 – Спроектированная проточная часть турбины

2.4.1.7. Во избежание отрыва потока от концевых поверхностей необходимо, чтобы угол раскрытия ПЧ не превышал 15...20°[1]. Проверка раскрытия осуществляется следующим образом:

- угол раскрытия периферийного обвода:

где - ширина СА первой ступени, м;

- величина осевого зазора первой ступени, м.

- угол раскрытия втулочного обвода:

Величина угла раскрытия периферийной части не должна превышать 15...20°, а втулочной – 8...12° [1,14]. В случае если эти условия не выполняются, необходимо изменить форму проточной части, либо увеличить ширину лопаток , либо уменьшить ее высоту на выходе за счет увеличения приведенной скорости .

Для рассматриваемого примера:

угол раскрытия периферийного обвода:

угол раскрытия втулочного обвода:

Видно, что оба значения угла раскрытия проточной части меньше предельных значений и являются приемлемыми.

Дата добавления: 2015-10-13