Глава 3. Пример расчета параметров газа в проточной части турбины компрессора
Исходные данные для проведения расчета.
Параметры газа на входе в турбину соответствуют точке 3 тепловой схемы двигателя
Давление
,
Температура
,
Удельный
объем
,
Энтальпия
,
Удельная
теплоемкость
,
Расход газа ,
Работа
адиабатного расширения газа
,
Работа
политропного расширения газа
,
Степень
реактивности турбины
,
Частота
вращения ротора
,
для расчета принято
.
3.1. Определение числа ступеней турбины
Для определения числа ступеней используем уравнение
,
где R - коэффициент, учитывающий явление возвращенной теплоты, принимаем R = 1,01.
-
теплоперепад, срабатываемый в одной
ступени. Для активных турбин его величину
можно принять в пределах 50…63 кДж/кг.
В данном расчете принято
.
,
принимаем
.
Проводим уточнение .
В курсовом проекте проводим расчет только по одной ступени.
3.2. Расчет первой ступени турбины компрессора
Определяем теплоперепад, срабатываемый в сопловом аппарате турбины
,
так как
,
то
Определяем теоретическую абсолютную скорость выхода газа из соплового аппарата
,
то есть
,
здесь
-
скорость входа газа в сопловой аппарат
принята равной 70 м/с.
Рассчитываем
величину действительной скорости выхода
газа из соплового аппарата
.
принимаем равным 0,95,
тогда
.
Определяем потери энергии в сопловом аппарате
или
.
Определяем действительный теплоперепад в сопловом аппарате
или
.
Определяем параметры газа на входе из соплового аппарата турбины
Энтальпия
или
Давление
,
принимаем
,
Температура в конце адиабатного расширения
или
,
Температура в конце политропного расширения
или
,
Удельный объем
или
Определяем
угол выхода потока газа из соплового
аппарата
.
Принимаем
.
Рассчитываем
окружную скорость на рабочем колесе
для
,
,
принимаем
,
тогда
.
Рассчитываем величину относительной скорости входа потока газа в рабочее колесо
,
.
Определяем величину угла выхода газа в рабочее колесо
или
.
Угол
°.
В активных турбинах угол входа потока
в рабочее колесо и угол выхода равны
между собой. Поэтому угол выхода газа
из рабочего колеса будет равен 18,202°.
Далее проводится определение величины относительной скорости движения потока на входе в рабочее колесо и угла выхода построением треугольника скоростей.
Определяем
теплоперепад на рабочих лопатках. В
активных турбинах он равен 0.
Давление газа за рабочим колесом равняется давлению газа на входе в колесо.
.
Рассчитываем величину относительной скорости выхода газа из рабочего колеса. Для активных турбин она определяется по уравнению
,
где
- скоростной коэффициент рабочих каналов,
равный 0,94…0,97.
Принимаем ,
тогда
.
Рассчитываем абсолютную скорость выхода газа из рабочего колеса.
или
Определяем потери энергии в рабочем колесе
или
Определяем параметры газа за рабочим колесом ступени:
Энтальпия
,
то есть
,
Температура
или
,
Давление
,
Удельный объем
или
,
Определяем работу газа на окружности рабочего колеса первой ступени
или
.
Определяем окружной КПД ступени
или
.
Определяем потери мощности на трение и вентиляцию
,
где - средний диаметр облапатывания
или
,
тогда
.
Потери энергии на трение и вентиляцию
или
Потери энергии от утечек газа
или
.
С учетом потерь внутренняя работа газа будет равна
или
.
Определяем внутренний КПД ступени
или
Определяем параметры газа на выходе из первой ступени турбины компрессора:
Энтальпия
или
,
Температура
или
,
Удельный объем
или
,
Давление
.
Далее строится диаграмма расширения газа в первой ступени турбины и определяются размеры основных элементов ее прочной части.
Рис 5. Процесс расширения газа в первой ступени.
