3.2 Определение числа ступеней цвд турбины за регулирующей ступенью и значений тепловых перепадов

1) По h-s диаграмме определяем адиабатический теплоперепад на следующие за регулирующей ступени ЦВД:

2) В первом приближении принимаем располагаемый теплоперепад на первую ступень ЦВД и ее степень реактивности на среднем диаметре:

3) Находим средний диаметр первой ступени:

где - оптимальное соотношение скоростей для первой ступени (принимается).

4) Находим высоту сопловой лопатки первой ступени:

где - теоретическая скорость выхода пара из сопл;

- эффективный угол выхода потока из сопл;

- удельный объем пара за сопловой решеткой (теоретический);

5) Находим высоту рабочей лопатки первой ступени:

6) Принимаем постоянный корневой диаметр ступеней:

7) Ометаемая площадь первой ступени отсека:

8) Ометаемая площадь последней ступени отсека:

где - удельные объемы пара за первой и последней ступенями ЦВД (теоретические);

9) Геометрические размеры последней ступени отсека находятся путем решения системы уравнений:

10) Величина теплоперепада на последнюю ступень отсека:

11) Строим вспомогательную диаграмму:

Рисунок 3.3. Вспомогательная диаграмма для разбивки теплового перепада по ступеням ЦВД турбины

12) Определяем средний теплоперепад для ступеней ЦВД по вспомогательной диаграмме как:

13. Определяем коэффициент возврата теплоты:

где - для ступеней, работающих на влажном паре.

14) Фактическое количество ступеней равно:

Округляем значение до 5 и определяем невязку, которая равна -9,9 кДж/кг. Распределяем данную невязку по ступеням отсека, следя за тем, чтобы выполнялось условие:

Тогда окончательно получаем значения теплоперепадов по ступеням ЦВД:

4. Расчет ступеней цвд

4.1 Расчет первой нерегулируемой ступени цвд

Параметры пара перед ступенью:

• 

• 

• 

• 

• 

Принимаем:

• 

• 

• 

• 

1. Располагаемый теплоперепад (по параметрам торможения):

.

2) Фиктивная скорость:

3) Окружная скорость на среднем диаметре:

4) Средний диаметр ступени:

5) Располагаемый теплоперепад сопловой решетки:

6) Энтальпия пара за сопловой решеткой:

7) Параметры пара за сопловой решеткой:

р_1t=15,57 МПа;

v_1t=0,01867 .

8) Теоретическая скорость выхода пара из сопловой решетки:

9) Режим течения пара в сопловой решетке:

- дозвуковой режим.

10) Площадь сопловой решетки:

11) Оптимальная степень парциальности первой нерегулируемой ступени (принимается):

12) Высота сопловых лопаток:

где - произведение парциальности.

13) Принимаем профиль сопловой лопатки С-90-12А по углам входа a₀ = 90⁰ и выхода потока пара (газа) из нее a_1э =13⁰, а так же с учетом числа :

14)Количество сопловых лопаток:

15) Число Рейнольдса для потока пара за сопловой решеткой:

где Н с/м² - коэффициент кинематической вязкости пара по параметрам за сопловой решеткой.

16) Поправки на числа Рейнольдса и Маха:

17) Коэффициент расхода для сопловой решетки (расчетный):

18) Потери на трение в пограничном слое (в первом приближении принимаем ):

19) Коэффициент кромочных потерь:

,

где - толщина выходной кромки.

Тогда:

20) Коэффициент концевых потерь:

21) Поправка к коэффициенту потерь энергии в сопловой решетке на числа Маха и Рейнольдса:

22) Поправка к коэффициенту потерь энергии на верность:

,

где - верность решетки;

Тогда:

23) Поправка на наклон меридионального обвода:

,

где - угол периферийного меридионального наклона (принимается);

- относительное затенение высоты лопатки.

Тогда:

24) Поправка на нерасчетный угол входа:

где - угол входа потока в ступень (равен оптимальному значению угла входа).

Тогда:

25) Коэффициент потерь для сопловой решетки:

26) Коэффициент скорости:

.

27) Фактическая величина скорости выхода потока из сопловой решетки:

(м/с).

28) Угол выхода потока из сопел в абсолютном движении (фактический):

29) Осевая составляющая абсолютной скорости выхода потока из сопловой решетки:

30) Окружная составляющая абсолютной скорости выхода потока из сопловой решетки:

31) Относительная скорость выхода потока из сопловой решетки:

32) Угол входа потока в рабочую решетку в относительном движении:

33) Входной треугольник скоростей регулирующей ступени:

Рисунок 4.1 – Входной треугольник скоростей регулирующей ступени ЦВД

34) Абсолютная величина потерь энергии потока в сопловой решетке:

35) Относительная теоретическая скорость выхода потока из рабочей решетки:

36) Число Маха:

37) Высота рабочей решетки:

где - величина перекрыши (сумма корневой и периферийной перекрыш).

38) Выходная площадь рабочей решетки:

где - коэффициент расхода рабочей решетки (принимается).

39) Эффективный угол выхода потока из рабочей решетки в относительном движении:

40) Принимаем хорду профиля рабочих лопаток:

Выбираем профиль Р-30-21А [1]:

41) Количество лопаток:

42) Уточняем значение величины коэффициента расхода рабочей решетки:

где - угол поворота потока в канале рабочей решетки;

- поправка к коэффициенту расхода на угол поворота потока в канале рабочей решетки;

- поправка к коэффициенту расхода на угол на число Рейнольдса, где .

- поправка к коэффициенту расхода на угол на число Маха, где

43) Потери на трение в пограничном слое:

44) Кромочные потери:

45) Концевые потери:

46) Поправка на веерность:

47) Поправка к потерям на числа Рейнольдса (поправка на число Маха не учитывается, так как М<1):

48) Коэффициент потерь энергии в рабочей решетке:

_Тогда:

49) Угол выхода из рабочей решетки в относительном движении:

50) Значение реальной скорости выхода потока из рабочей решетки:

51) Осевая и окружная составляющие относительной скорости:

52) Скорость выхода из рабочей решетки в абсолютном движении:

53) Угол выхода из рабочей решетки в абсолютном движении:

54) Выходной треугольник скоростей регулирующей ступени:

Рисунок 4.2 – Выходной треугольник скоростей регулирующей ступени ЦВД

55) Абсолютная потеря энергии в рабочей решетке:

56) Потеря энергии с выходной скоростью потока абсолютная:

57) Располагаемая энергия ступени:

где - коэффициент использования выходной скорости .

58) Относительный лопаточный КПД:

где

удельная полезная работа ступени.

59) Мощность на лопатках колеса турбины:

60) Лопаточный КПД турбинной ступени:

Расхождение между данными значениями составляет менее 5 %.

61) Общие потери на трение (включая потери на трение диска, лопаточного бандажа и конических поверхностей):

где - коэффициент трения (принимается).

62) Потери с утечками:

а) потери с утечками через диафрагменное уплотнение:

где - поправочный коэффициент для прямоточного уплотнения (принимается по экспериментальным кривым на рис 3.25[6]).);

- коэффициент расхода прямоугольного уплотнения (принимается по рис 3.25[6].););

- число гребней уплотнения (выбирается в зависимости от необходимости улучшения плотности ступени);

- площадь щели между диафрагмой и уплотнением (величины и выбираются по заводским данным). б) потери с утечками через периферийные уплотнения ступени:

где - диаметр по периферии рабочих лопаток;

- степень реактивности на среднем диаметре ступени;

эквивалентный зазор периферийного уплотнения (значения принимаются по данным завода – изготовителя, - по экспериментальным кривым, ).

Тогда общие потери с утечками составят:

63) Потери от парциальности отсутствуют, так как применяется полный подвод пар.

64) Относительный внутренний относительный КПД ступени:

64) Внутренняя мощность ступени:

Таблица. Сводная таблица расчета ступеней ЦВД

Показатель	Обозн.	Размерн.	Значение
			РС	1	2	3	4	5
Расход пара	G	кг/с	347,6	347,6	347,6	347,6	347,6	440,5
Средний диаметр	Dср	м	1,273	0,766	0,791	0,803	0,813	0,823
Частота вращения	n	об/с	50	50	50	50	50	50
Окружная скорость на среднем диаметре	U	м/с	200	120,3	124,24	126	127,66	129,26
Параметры пара перед ступенью давление температура энтальпия	P0 T0 i0	МПа °С кДж/кг	4,31 255 2800	2,442 222,7 2720	1,847 200,7 2653	1,36 453,1 2596	0,97 434,9 2532	0,56 416,9 2454
Скорость пара на входе в ступень	C0	м/с	0	0	49,8	51,4	52,3	52,5
Давление за ступенью	P2	МПа	2,442	1,547	13,86	12,36	10,96	9,68
Изоэнтропийный теплоперепад по параметрам торможения		кДж/кг	80	55,7	63,5	71,3	79	86,8
Отношение скоростей	U/Cф	-	0,5	0,48	0,49	0,50	0,51	0,52
Степень реактивности	ρ	-	0,03	0,3	0,325	0,35	0,375	0,4
Угол направления скорости C1	α1	град	18,02	13,08	13,13	13,23	13,37	13,47
Хорда профиля сопловой решетки	b1	м	0,0471	0,0597	0,0572	0,0573	0,0538	0,0539
Профиль сопловой решетки	-	-	С90-18А	С90-12А	С90-12А	С90-12А	С90-12А	С90-12А
Выходная площадь сопловой решетки	F1	м2	0,0557	0,0355	0,0379	0,0412	0,0451	0,0496
Высота сопловой решетки	l1	м	0,0531	0,0656	0,0673	0,0716	0,0769	0,0829
Скорость на выходе из сопел	C1	м/с	381,5	231	236,6	237,9	238	238,6
Относительная скорость пара на входе в рабочую решетку	W1	м/с	206,8	117	119	118,8	117,2	116,8
Угол входа относительной скорости	β1	град	35,4	26,5	26,9	27,3	28	28,4
Высота рабочих лопаток	l2	м	0,0571	0,0696	0,0713	0,0756	0,0819	0,0879
Хорда профиля рабочей лопатки	b2	м	0,0256	0,04	0,041	0,042	0,043	0,044
Выходная площадь рабочей решетки	F2	м2	0,1035	0,0613	0,0646	0,0701	0,0765	0,0838
Профиль рабочей решетки	-	-	P-46-29А	P-30-21А	P-30-21А	P-30-21А	P-30-21А	P-30-21А
Угол выхода относительной скорости из рабочей решетки	β2	град	26,9	21,71	21,59	21,78	21,62	21,79
Относительная скорость	W2	м/с	206,6	134,1	139,1	140,6	141,9	143,2
Абсолютная скорость на выходе из рабочей решетки	C2	м/с	96,8	49,8	51,4	52,3	52,5	53,3
Угол выхода абсолютной скорости из рабочей решетки	α2	град	99,9	85,1	84,3	85,1	85,3	86
Количество сопловых лопаток	zc	-	114	54	58	58	64	64
Количество рабочих лопаток	zp	-	313	100	101	100	99	98
Располагаемая энергия ступени	E0	кДж/кг	80	30,16	31,76	32,23	32,70	33,09
Относительный лопаточный КПД ступени	ηол	–	0,879	0,914	0,922	0,923	0,919	0,921
Внутренний относительный КПД ступени	ηол	-	0,813	0,842	0,852	0,859	0,861	0,867
Внутренняя мощность ступени	Ni	МВт	22,6	12,15	12,89	13,11	13,24	13,42