Инфоурок / Другое / Научные работы / Научная статья на тему "Расчет проточной части активной турбины"
Обращаем Ваше внимание: Министерство образования и науки рекомендует в 2017/2018 учебном году включать в программы воспитания и социализации образовательные события, приуроченные к году экологии (2017 год объявлен годом экологии и особо охраняемых природных территорий в Российской Федерации).

Учителям 1-11 классов и воспитателям дошкольных ОУ вместе с ребятами рекомендуем принять участие в международном конкурсе «Законы экологии», приуроченном к году экологии. Участники конкурса проверят свои знания правил поведения на природе, узнают интересные факты о животных и растениях, занесённых в Красную книгу России. Все ученики будут награждены красочными наградными материалами, а учителя получат бесплатные свидетельства о подготовке участников и призёров международного конкурса.

ПРИЁМ ЗАЯВОК ТОЛЬКО ДО 21 ОКТЯБРЯ!

Конкурс "Законы экологии"

Научная статья на тему "Расчет проточной части активной турбины"

библиотека
материалов

3 Расчет проточной части активной турбины


3.1 Расчет регулирующей ступени

Расчет проточной части регулирующей ступени производят на секундный расход пара с учетом утечки через переднее концевое уплотнение:



((25)

где -часовой расход пара через переднее концевое уплотнение, причем .


Изоэнтропийным теплоперепадом h0, перерабатываемым на регулирующей ступени, задаются, руководствуясь следующими соображениями. Высокое значение теплоперепада приводит к упрощению конструкции турбины, т. е. к уменьшению числа ступеней и удешевлению турбины; но при этом снижается к. п. д. Выбор малого теплоперепада приводит к увеличению числа ступеней, т. е. удорожает турбину, но к. п. д. повышается.

В отечественных турбинах малой и средней мощности выбирают в пределах (210÷290) кДж/кг. Для вновь проектируемых мощных турбин принимаютh0=(85÷105)кДж/кг.

Выбор относительно большего теплоперепада h0= (210÷290) кДж/кг в турбинах малой и средней мощности вызван тем, что:

- большое влияние на к. п. д. турбины оказывает утечка пара через переднее концевое уплотнение, а чем ниже давление пара в камере регулирующей ступени, тем меньше утечка;

- при пониженном давлении в камере регулирующей ступени с большей степенью парциальности можно выполнить последующие ступени при достаточно высоких соплах и лопатках, что приведет к снижению потерь на вентиляцию.

В качестве регулирующей ступени для многоступенчатых турбин применяют как одновенечный диск Рато, так и даухвенечный диск Кертиса. Первый используется при переработке небольших теплоперепадов на регулирующей ступени и обладает относительно высоким к. п. д. при работе турбины в расчетном режиме. Второй применяется при переработке больших теплоперепадов и характеризуется более постоянным к. п. д при различных режимах.работы турбины. Последнее обстоятельство объясняется тем, что при экплуатации турбины отклонение от расчетного режима в диске Кертиса

меньше сказывается изменение отношения - чем в диске Рато [5].

Для уменьшения подсоса пара и увеличения к. п. д. регулирующей ступени на рабочих и направляющих лопатках диска Кертиса входят реактивность, что целесообразно при полном впуске пара. При парциальном впуске пара и малой высоте лопаток введение реактивности не всегда полезно, так как при этом могут возрасти потери энергии от утечки пара через зазор между лопатками и корпусом турбины, что вызовет понижение к. п. д. турбины. При малом расходе, высоких средних начальных параметрах принимают, что степень реакции

Теоретическую скорость истечения пара из сопла для диска Кертиса рассчитывают по формулам:



(26)

где - изоэнтропийный перепад, приходящийся на диск Кертиса;

- суммарная степень реакции.


Действительная скорость истечения пара из сопла , где - скоростной коэффициент сопла.. Последний определяют по формуле:


(27)


где- коэффициент потери энергии в сопловой решетке.


Скоростной коэффициент выбирают в зависимости от степени обработки поверхностей сопла:

  • при грубо отлитых соплах =(0,930,94);

  • при тщательно отлитых и обработанных соплах =(0,950,96);

  • при тщательно фрезерованных соплах =(0,960,97).

Часто принимают =0,95.

Чтобы найти оптимальное значение отношение окружной скорости к действительной скорости истечения пара из сопла , задаются рядом отношений : для двухстепенчатого диска Кертиса эти отношения берут в пределах (0,20÷0,26) для чисто активных ступеней и (0,23÷0,32) для ступеней с небольшой степенью реакции – в пределах (0,42÷0,58).


hello_html_171088ef.jpg


Рисунок 3. Построение треугольников скоростей для диска Кертиса



По выбранным отношениям строят треугольники скоростей для диска Кертиса (рисунок 3). Из точки 0 под углом (ω- угол отклонения струи пара косым срезом) к оси 0 откладывают вектор . Из конца вектора в сторону, противоположную направлению оси 0, откладывают вектор окружной скорости . Соединив начало вектора с точкой 0, получают вектор относительной скорости пара на входе первого ряда рабочих лопаток и входной угол .

Чтобы построить выходной треугольник скоростей для первого ряда рабочих лопаток (он же - входной треугольник для направляющих лопаток), определяют выходной угол и относительную скорость на входе первого ряда рабочих лопаток :


,

((28)


где φ - скоростной коэффициент на рабочих лопатках.


Коэффициент φ рассчитывают по формуле:


(29)


где - коэффициент потерь энергии в рабочей решетке.


Отложив вектор из точки 0 под углом к оси 0u, из конца этого вектора в направлении, противоположном направлению оси 0u, откладывают вектор u. Соединив точку 0 с началом вектора u, получают вектор - абсолютную скорость пара на выходе из парового ряда рабочих лопаток, направленную под углом к оси 0u. Скорость является одновременно абсолютной скоростью пара на входе направляющих лопаток.

Абсолютную скорость пара на выходе из направляющих лопаток с учетом степени реакции рассчитывают по формулам:


((30)


Вектор скорости направлен под углом к оси 0u, причем °.

Относительную скорость пара на входе второго ряда рабочих лопаток определяют путем построения треугольника скоростей. Для этого из точки 0 проводят вектор скорости под углом к оси 0u. Из конце этого вектора в направлении, противоположном направлению оси 0u, откладывают вектор и. Соединив точку 0 с началом вектора и, получают вектор , направленный пол углом к оси 0u. Чтобы построить выходной треугольник скоростей, определяют относительную скорость из выходе второго ряда рабочих лопаток :


((31)


где- степень реакции на втором ряду рабочих лопаток;

- теплоперепад, приходящийся на регулирующую ступень турбины;

- скоростной коэффициент на рабочих лопатках, определяемый из графиков, причем , а угол °.


Из точки 0 под углом откладывают вектор. Из конца этого вектора в направлении, противоположном оси 0u, откладывают вектор и. Соединив начало вектора и с точкой 0, получают вектор - абсолютную скорость пара на выходе из второго ряда рабочих лопаток, направленную под углом к оси 0u. Затем проектируют абсолютные скорости на ось 0u. Аналогично строят треугольники скоростей для остальных выбранных отношений . При этом угол для всех отношений остается неизменным.

Результаты построения треугольников скоростей, значения относительного к. п. д. на лопатках ; высоту сопел , степень парциальностиhello_html_m141de0e1.gif; среднюю арифметическую высоту рабочих лопаток , потери на трение и вентиляцию ;поправку а также внутренний относительный к. п. д. ступени для всех выбранных отношений записывают в таблицу.

Строят кривую зависимости . Для определения оптимального отношения нужно установить зависимость . Для этого необходимо учесть потери на трение и вентиляцию, поскольку потери через внутренние уплотнения не зависят от.

Потери на трение и вентиляцию определяют по формуле Стодола, которую Бауэр для дисков Кертиса представил в следующем виде:


(32)


где- коэффициент, принимающий значения: 1 – для высоко перегретого пара, (1,1÷1,2) – для перегретого пара, 1,3 – для насыщенного пара;

- диаметр ступени, м;

- число венцов;

- средняя высота рабочих лопаток, см;

- удельный вес пара, в среде которого вращается диск (точка , рисунок 13), кг/м;

ε- степень парциальности.


Потери на трение и вентиляцию для 1 кг пара, прошедшего через регулирующую ступень, определяют по формуле:


(33)


Коэффициент, учитывающий эти потери, рассчитывают по формуле:


(34)


а внутренний относительный к. п. д. регулирующей ступени - по формуле:


(35)


Определив значения для выбранных отношений hello_html_70a084df.gif , заносят их в таблицу 1 и строят кривую зависимость hello_html_m4f910b.gif. Вычтя на графике (рисунок 4) из ординат кривой ординаты кривой , получают кривую зависимости . По этой кривой находят наивыгоднейшее (оптимальное) значение отношения hello_html_70a084df.gif , соответствующее максимальному значению .По наивыгоднейшему отношению hello_html_70a084df.gifпроизводят окончательный расчет, занося все данные в таблицу 1.



hello_html_m7e6613e7.png


Рисунок 4. Зависимость коэффициентов ,



Пользуясь данными, полученными для наивыгоднейшего отношения , переходят к определению основных размеров проточной части регулирующей ступени. Для этого строят вначале тепловой процесс на диаграмме i-s, вычислив предварительно потери энергии в ступени. При отсутствии реакции последние рассчитывают по формулам:

- потери в соплах:


(36)


- потери в первом ряду рабочих лопаток:


кДж/кг;





(37)


-потери в направляющих лопатках:


кДж/кг;


-потери во втором ряду рабочих лопаток:







(38)

кДж/кг;

(39)


С учетом реакции потери определяют по формулам:

- потери в направляющих лопатках:



(40)


- потери во втором ряду рабочих лопаток:


((41)


Относительный к. п. д. на лопатках рассчитывают по формуле:


((42)


и сравнивают со значением, полученным ранее из треугольников скоростей.

Отложив на диаграмме i-sпоследовательно от точки значения всех потерь, строят тепловой процесс. Точка определяет состояние пара на выходе из сопла, линия характеризует процесс расширения пара в сопле, а точка - состояние пара на выходе из регулирующей ступени [5].

На основании проведенных расчетов и полученных данных, занесенных в таблицу для наивыгоднейшего отношения hello_html_70a084df.gif, а также на основании построенного теплового процесса на диаграммеi-s, определяют основные размеры проточной части регулирующей ступени. В первую очередь выбирают тип сопла.

Если отношение , то применяют суживающиеся сопла; если , берут расширяющиеся сопла при условии, что косой срез не обеспе-

чивает расширения пара до давления (в противном случае также применяют суживающиеся сопла). Для сухого насыщенного пара , для перегретого пара .

Суммарную площадь сопел в узком сечении определяют по формулам:


((43)


где- секундный расход пара, кг/с;

- давление пара перед соплом, Па;

- удельный объем пара перед соплом, м/кг.


Суммарное выходное сечение сопел находят из уравнения неразрывности струи:


((44)


где- удельный объем пара на выходе из сопла в точке на диаграмме i-s.


Высота рабочих лопаток первого ряда на входе берут на 2 мм больше высоты сопла, т. е. мм, где - высота сопла.

Высоту рабочих лопатой первого ряда на выходе определяют по формуле:


(45)


где и -проекции векторов абсолютных скоростей и с2на осевое направление, полученные из треугольников скоростей, построенных для наивыгоднейшего отношения (рисунок 3);

и - удельные объемы пара в точках и ,взятые из диаграммы i-s.


Высоту направляющих лопаток на входе берут на 2 мм больше высоты рабочих лопаток на выходе:


(46)


Высоту направляющих лопаток на выходе определяют по формуле:


((47)


где - проекция вектора скорости на осевое направление, полученная из построенных для наивыгоднейшего отношенияu/c1треугольников скоростей;

- удельный объем пара в точке , взятый из диаграммы i -s.


Высоту рабочих лопаток на входе второго ряда берут на 3 мм больше высоты направляющих лопаток на выходе:


(48)


Высоту рабочих лопаток на выходе определяют по формуле:


((49)


где - проекция вектора скорости на осевое направление, полученная из треугольников скоростей, построенных для наивыгоднейшего отношенияu/c1;

- удельный объем пара в точке , взятый из диаграммы i-s.


Пополученным размером вычерчивают радиальный профиль проточной части регулирующей ступени турбины.

Иногда этот профиль получается неконструктивным в том смысле, что выходные кромки лопаток чрезмерно увеличены вследствие малых давлений . Это может привести к тому, что струя пара перестанет заполнять «живое» сечение каналов рабочих лопаток, образуются завихрения и увеличатся потери. Для предупреждения завихрений необходимо, чтобы угол не превышал (15÷20)°. Добиться этого можно путем выбора определенной ширины рабочих лопаток В2.

Задавшись относительным шагом сопловой решетки ==(0,7÷0,8) (этим значениям , соответствуют минимальные потери энергии), определяют величину шага= Зная шаг сопловой решетки, находят число сопел:


(50)



В том случае, когда число сопел получается дробным, его округляют до ближайшего большего целого числа.

Выбор профилей рабочих решеток регулирующей ступени в атласе также начинают с установления того, к какой группе решеток следует отнести рассчитываемую решетку: А, Б или В. Затем из выбранной группы, зная входной уголвыбирают профиль (размер),удовлетворяющий условию прочности рабочей лопатки [5].

Задавшись относительным шагом рабочей решетки =таким, чтобы обеспечить минимальные потери энергии в решетке из графика =путем подбора установочного угла находят выходной угол. Вычислив шаг рабочей решетки , определяют число лопаток:

((51)


Мощность, развиваемую регулирующей ступенью турбины, рассчитывают по формулам:


, кВт,

(52)


где- изоэнтропийныйтеплоперепад, приходящийся на регулирующую ступень;

-внутренний относительный к. п. д. регулирующей ступени [5].



Проведем вычисления:


;

;

;

;

;

м/с;

;

м/с;

;

Расчеты проведем с использованием треугольников скоростей (приложение А и Б):

а)м/с;
м/с;


м/с;

;

м/с;

;

;


м/с;

м/с;


м/с;


;

;

м/с;


б) м/с;

м/с;



м/с;


м/с


;

;

м/с;

м/с;

;

м/с;

;

;

;

м/с;


в) м/с;

м/с;

;

;

м/с;

;

м/с;

;

;


;

м/с;

м/с;

;


;

;

;

м/с;


г)м/с;

м/с;

;

;

м/с;

;

м/с;


;

;

м/с;

м/с;


м/с;

;

;

;

м/с.

Диаметры ступеней:

а)d = 0,83 м;

б) d = 0,92 м;

в) d =1 м;

г) d =1,08м.

Относительное КПД лопатки:

ηол1=0,49 =49 %;

ηол2=0,52 = 52 %;

ηол3=1,22 = 122 %;

ηол4=0,59= 59 %.

;

;

;

.

;





;

;

.


Результаты вычислений занесены в таблицу 1.

Определяемые величины

Отношения

0,2

0,22

0,24

0,26

Оптимальное значение

1

2

3

4

5

6

Окружная скорость рабочих лопаток м/с

131

144

157

170

170

Диаметр ступени м

0,83

0,92

1

1,08

1,08

Входной угол первого ряда рабочих лопаток °

25

27

26

27

27

Выходной угол первого ряда рабочих лопаток °

21

23

22

23

23

Относительная скорость пара на входе первого ряда рабочих лопаток x, м/с

540

520

500

490

490

Скоростной коэффициент на первом ряду рабочихлопаток

0,82

0,824

0,85

0,86

0,86

Относительная скорость пара на выходе первого ряда рабочих лопаток м/с


443

428

425

421

421

Угол направления вектора скорости с, на выходе из первого ряда рабочих лопаток °

32

35

31

36

36

Абсолютная скорость пара на выходе из первого ряда рабочих лопаток , м/с

335

290

298

270

270

Угол истечения пара из направляющих лопаток °

28

31

27

32

32

Сумма углов °

60

66

58

68

68

Скоростной коэффициент на направляющих лопатках

0,87

0,85

0,86

0,88

0,88

Абсолютная скорость пара на выходе из направляющих лопаток м/с

303

262

269

252

252

Относительная скорость пара на входе второго ряда рабочих лопаток , м/с

215

152

151

151

151

Входной угол второго ряда рабочих лопаток °

46

60

60

66

66

Таблица 1

Продолжение таблицы 1

1

2

3

4

5

6

Скоростной коэффициент на втором ряду рабочихлопаток

0,93

0,93

0,94

0,94

0,94

Относительная скорость пара на выходе второго ряда рабочих лопаток м/с

228

182

181

181

181

Угол направления вектора скорости, на выходе из первого ряда рабочих лопаток °

82

104

110

116

116

Абсолютная скорость пара на выходе из второго ряда рабочих лопаток, м/с

152

155

150

179

179

Проекция вектора скорости с1 на направление uc1u м/с

610

610

610

610

610

Проекция вектора скоростиc2 на направление uc2u м/с

280

240

240

220

220

Проекция вектора скорости с'1 на направление uc'1u м/с

270

228

275

240

240

Проекция вектора скорости с'2 на направление uc'2u м/с

-30

30

55

80

80

Сумма проекций м/с

890

850

850

830

830

Относительный к. п. д. на лопатках

0,49

0,52

1,22

0,59

0,59

Высота сопел , cм

1,2

1,4

1,6

1,8

1,8

Степень парциальности

0,45

0,38

0,75

0,30

0,30

Потери на трение и вентиляцию , кВт


4,38

7,16

10,1

16,27

16,27

Потери на трение и вентиляцию 1 кг пара, выраженные в тепловых единицах кДж/кг

0,75

1,22

1,72

2,77

2,77

Внутренний относительный к. п. д. ступени

0,487

0,515

0,553

0,579

0,579


3.2 Расчет последующих ступеней

Точка, на диаграмме i- s характеризует состояние пара на входе сопел первой ступени, причем она может и не попасть на линию . Это может произойти в результате того, что , вычисленный для турбины, может не совпасть с рассчитанным для регулирующей ступени.

Если из точки провести изоэнтропу до пересечения ее с изобаройи точку пересечения обозначить , то отрезок будет изоэнтропийным теплоперепадом, приходящимся на остальные ступени турбины.

Прежде чем определить число ступеней и распределить теплоперепад между ними, производят расчет первой и последней ступеней турбины.

Расчет первой ступени. Размеры первой ступени должны быть такими, чтобы высота сопел была не меньше 10 мм для фрезерованных и 15 мм для залитных лопаток [5].

Диаметр первой ступени определяют по формуле:


,м;

((53)


где G - секундный расход пара, кг/с;

- удельный объем пара на выходе из сопла, ;

( выбирается в пределах (0,42÷0,48); большие значения берут для более экономичных турбин)

п- число оборотов турбины, об/ мин;

- высота сопла,м;

- коэффициент расхода в сопловой решетке, определяемый из графика (рисунок 12);

- степень парциальности (желательно, чтобы = 1);

- угол наклона сопел (выбирается в пределах (11÷16) °C последующим увеличением до (30÷35) ° в последних ступенях).


Задавшись значениями , , и , определяют величину как функция ,поскольку неизвестно.

Численное значение диаметра получают методом приближений. Для этого задаются каким-либо значением и определяют окружную скорость лопаток:

, м/с;

((54)



Зная и, рассчитывают действительную скорость пара на выходе из сопла:


,м/с;

((55)


По величине определяют изоэнтропийныйтеплоперепад, приходящийся на рассчитываемую ступень, используя формулы:


, кДж/кг;

((56)


а также потерю энергии:


, кДж/кг;

((57)


Откладывая от точки fl(рисунок 5) вниз величину , получают точку, через которую проводят изобару . Отложив от точки вверх величину, получают точку , характеризующую состояние пара на выходе из сопла. Путем интерполяции определяют удельный объем пара в точке . Зная находят диаметр рассчитываемой ступени d1. Если полученный результат совпадает с исходным значением d1, которым задались, то на этом определение диаметра первой ступени заканчивают. В противном случае необходимо задаться новым значением диаметра d1и повторять расчет до тех пор, пока численные значения диаметра не совпадут. При этом может оказаться, что размер d1 будет чрезмерно мал и конструктивно невыполним; в этом случае нужно уменьшить степень парциальности е и принять ее такой, чтобы диаметр d1 стал приемлемым [5].

hello_html_6aad90f3.png


Рисунок 5. Схематическое изображение теплового процесса на i-s - диаграмме для ступеней давления



Для того чтобы в случае парциального впуска можно было использовать выходные скорости пара в ступенях турбины следующих за первой, нужно иметь одинаковую степеньпарциальности, а если это невозможно, - то следует принять ее одинаковой для целой группы ступеней к увеличить до полного впуска пара в последующих группах ступеней.

Расчет последней ступени. Диаметр последней ступени определяют по формуле:


((58)


где - секундный расход пара, кг/с;

- удельный объем пара на выходе из последней ступени турбины, м/кг (берется из диаграммы i- s на рисунке 5 в точке );

- отношение среднего диаметра последней ступени к длине лопаток (оно должно быть 10, в противоположном случае рабочие лопатки должны иметь переменный профиль);

-коэффициент расхода рабочей решетки;


- изоэнтропийный теплоперепад, приходящийся на турбину, кДж/кг.


Задавшись значением , определяют величину оптимального диаметра последней ступени. Если теплоперепад Н0выражен в кДж/кг, то:


((59)


При расчете турбин, работающих с противодавлением, может казаться, что диаметр последней ступени будет равен диаметру первой ступени или близок к нему. В этом случае диаметры всех ступеней турбины берут одинаковыми.

Расчет промежуточных ступеней. Прежде чем приступить к детальному расчету промежуточных ступеней турбины, следует определить число ступеней и распределить теплоперепад между ними.

В зависимости от экономичности проектируемой турбины можно по разному выбирать число ступеней, С увеличением числа ступеней относительный эффективный к. п. д. турбины , как это видно из кривой Парсонса, растет, но турбина при этом будет более сложной в изготовлении и более дорогой. Если важно, в первую очередь обеспечить простоту конструкции турбины, то ее следует выполнитьс ограниченным числом ступеней.

Для определения числа ступеней и распределения теплоперепада между ними величину для всех ступеней принимают постоянной. Изоэнтропийный теплоперепад для любой промежуточной ступени рассчитывают по формулам:

((60)


где- абсолютная скорость пара на выходе из сопла, м/с;

- скоростной коэффициент сопла.


Так как , а , то:

((61)


При числе оборотов турбиныn=3000об/мин формулы для определения изоэнтропийного теплоперепада в промежуточных ступенях принимают вид:


(62)

Далее строят вспомогательную диаграмму. Для этого на концах произвольного отрезка прямойа восстанавливают перпендикуляры длиной и в любом масштабе и их копны соединяют плавнойвогнутой кривой, отображающей изменение диаметров ступеней турбины. Вначале кривой рост диаметров незначительный, а затем увеличиваются более интенсивно. Это объясняется тем, что в начальных ступенях турбины удельный объем пара увеличивается незначительно, а в последующих - растет более интенсивно. Отрезок делятна тпроизвольных равных частей. В точках делениявостанавливают перпендикуляры до пересечения с кривой диаметров и получают условных диаметров, для которых, используя последние формулы, определяют изоэнтропийные теплоперепады и строят кривую теплоперепадов. Для середины каждого из т участков находят среднее значение изоэнтропийных перепадов , , и т. д., а среднее значение теплоперепада для всей диаграммы рассчитывают так:


((63)


Число ступеней в турбине определяют по формуле:


((64)


где - коэффициент возврата тепла ( выбирается в пределах 1,031,08, нижний предел берут для турбин с небольшим числом ступеней, а верхний - для многоступенчатых турбин);

- изоэнтропийныйтеплоперепад, приходящийся на ступени давления турбины.


Полученное значение округляют до ближайшего целого числа, отрезок делят на равных частей, а величины теплоперепада и диаметра для каждой их ступеней находят из диаграммы и заносят в таблицу 2.

Сумма всех теплоперепадов, подсчитанная по третьей строке таблицы, может не совпасть с величиной . Если расхождение между последней величиной составит , кДж/кг, так что то величину можно разбить на z ступеней и в четвертую строку записать окончательно полученные теплоперепады для всех ступеней турбины.

Распределив теплоперепад между ступенями турбины, приступают к окончательному тепловому расчету ступеней. С этой целью строят треугольники скоростей для каждой ступени с учетом скорости пара на выходе из предыдущей ступени (если эта скорость используется).Зная потери в ступенях, откладывают их на диаграмме i-s и строят тепловой процесс как для отдельных ступеней, так и для всей турбины. После определения размеров проточной части всех ступеней вычерчивают профиль проточной части турбины, следя за тем, чтобы, он имел плавные очертания. При наличии резких переходов нужно изменить в соответствующих местах диаметр иди выходной угол лопаток.

Расчет ступеней давления. По располагаемому изоэнтропийному, теплоперепаду на ступень и выбранному скоростному коэффициенту определяют скорость выхода пара из сопел с учетом принятой степени реакции и скорость выхода пара из предыдущей ступени (если эта скорость используется) [5].

Задавшись характеристикой ступени давления и зная абсолютную скорость пара , определяют окружную скорость лопаток и и уточняют диаметр ступени .

Выбрав угол наклона сопел в пределах, указанных при расчете первой ступени находят угол направления вектора скорости истечения пара из сопла первой ступени , который несколько больше угла из-за отклонения струи пара косым срезом (при условии, что косой срез расширяет пар до давления, менее критического).

По углу , абсолютной, и окружной и скоростям строят входной треугольник скоростей, из которого определяют относительную скорость пара на входе лопаток и входной угол . Затем строят выходной треугольник скоростей. Для этого находят относительную скорость пара на выходе рабочих лопаток с учетом степени реакции , а выходной угол выбирают таким, чтобы после построения выходного треугольника угол °. Определив абсолютную скорость пара на выходе рабочих лопаток , по проекциям абсолютных скоростей на направление находят относительный к. п. д. на лопатках .

Определяют потери: в соплах, на рабочих лопатках, выходные, на трение и вентиляцию и на утечку.

Для определения потерь на трение и вентиляцию необходимо знать высоту рабочих лопаток и степень парциальности. Для этого, задавшись высотой сопла определяют степень парциальности. Высоту рабочих лопаток выводят по формуле:


((65)



Величину утечки пара рассчитывают по формуле:


((66)


где- эмпирический коэффициент расхода;

- кольцевой минимальный зазор в лабиринтном уплотнении, м;

, - параметры пара перед уплотнением, Н/м и м/кг соответственно;

- отношение давлений по обе стороны уплотнения;

- число гребней уплотнения.


В случае лабиринтовых уплотнений с гладким валом утечка пара увеличивается и это учитывают поправочным коэффициентом .

Потерю от утечки рассчитывают по формуле:


((67)


где - энтальпия пара перед уплотнением;

- энтальпия пара после рабочего диска с учетом всех потерь, кроме потери на утечку;

- секундный расход пара с учетом утечки.


Потерю от влажности подсчитывают в ступенях, работающих на влажном паре. Величину этой потери определяют по формуле:


((68)

где - средняя степень сухости пара в ступени;

- используемыйтеплоперепад в ступени с учетом всех потерь, кроме потерь от влажности.


После определения всех потерь в ступени на диаграмме i-s откладывают сначала потери в соплах и определяют параметры пара на выходе из сопел , . Затем откладывают сумму остальных потерь и определяют параметры пара на выходе из рабочих лопаток , .



Скорость звука в среде пара за соплами рассчитывают по формуле:


(69)


где- показатель изоэнтропы (для перегретого пара =1,3, для насыщенного - , где - средняя степень сухости пара);

м/с;

, - параметры пара, кг/м и м/кг соответственно.


Скорость звука в среде пара за рабочими лопатками находят по формуле:


(70)


где , - параметры пара, кг/м и м/кг соответственно.


Далее определяют числа Маха, и по ним выбирают профиль сопловой и рабочей решеток.

При выборе профиля сопловой решетки необходимо учитывать, что длина хорды профиля решетки должна удовлетворять условиям прочности и жесткости диафрагм (рисунок 6, 7). Для активных турбин мм (большие значения относятся к первой и последней ступеням турбины).


hello_html_m747f3619.png


Рисунок 6. Проточная часть и профили решеток ступени


hello_html_m2e58f05b.png


Рисунок 7. Профиль сопловой решетки (а) и график для определения угла установки сопловой решетки (б)



Затем выбирают относительный шаг сопловой решетки (- шаг решетки), оптимальные значения которого лежат в пределах (0,70,8) (при этом будут минимальные потери в решетке). Величину шага решетки определяют по формуле .

Длину хорды профиля рабочей решетки выбирают из условия прочности. При выборе профиля рабочих лопаток ориентируются на профили, помещенные в атласе, которые экспериментально проверены в комбинации с сопловыми решетками.

Выбор профилей сопловых и рабочих решеток, определение их шагов и , установочных углов и , числа сопел и рабочих лопаток осуществляют так же, как и для регулирующей ступени.

Суммируя потери в ступени определяют используемый теплоперепад, внутренний относительный к. п. д. И мощность турбины.

При использовании в ступени скорости выхода пара из предыдущей ступени используемый теплоперепад рассчитывают по формуле:


(71)


где - располагаемый теплоперепад;

- сумма всех потерь в ступени;

- потери энергии с выходной скоростью из предыдущей ступени.





Внутренний относительный к. п. д. Ступени определяют по формуле:


((72)


где - располагаемая энергия [5].



Произведем расчеты:





;

;

;

;

;



;


;





;

;

;






.


В таблице 2 занесены вычисленные теплоперепады и диаметры для двух ступеней.

Таблица 2

Номер ступени

Сумма теплоперепадов

1

2


Диаметр ступени (м)

1,6

3,8

-

Предварительный теплоперепад (кДж/кг)

198

1118

1316

Окончательный теплоперепад (кДж/кг)

258

1178

1436



Окончательный теплоперепад

;

.


Расчеты проведем с использованием треугольников скоростей (приложение В):


Для первой ступени:


;

;

;

;

;

;

;

;

;



;







;








;







;

;





;

;

;

;




Для второй ступени:




;

;

;

;

;

;

;


;






















Самые низкие цены на курсы переподготовки

Специально для учителей, воспитателей и других работников системы образования действуют 50% скидки при обучении на курсах профессиональной переподготовки.

После окончания обучения выдаётся диплом о профессиональной переподготовке установленного образца с присвоением квалификации (признаётся при прохождении аттестации по всей России).

Обучение проходит заочно прямо на сайте проекта "Инфоурок", но в дипломе форма обучения не указывается.

Начало обучения ближайшей группы: 25 октября. Оплата возможна в беспроцентную рассрочку (10% в начале обучения и 90% в конце обучения)!

Подайте заявку на интересующий Вас курс сейчас: https://infourok.ru

Общая информация

Номер материала: ДБ-381257

Похожие материалы