3. Детальный тепловой расчет первой ступени

3.1 Исходные данные для расчёта ступени

Исходными данными для расчёта ступени являются следующие величины: G₀ – массовый расход пара через ступень, в кг/с; P₀ – давление пара перед ступенью в МПа; X₀ – степень сухости пара перед ступенью; располагаемый теплоперепад на ступень H₀ (с учётом статистических параметров перед ступенью), в кДж/кг; скорость входа пара в сопла ступени C₀, в м/с; средний диаметр ступени d₀, в м; частота вращения ротора n, в 1/с.

3.2 Расчёт ступени

При расчете ступеней необходимо учитывать возможность полного или частичного использования выходной кинетической энергии предыдущей ступени.

Следует помнить, что необходимо стремиться во всех ступенях использовать суживающиеся сопла, так как расширяющиеся сопловые решётки сложны в конструктивном отношении имеют более высокие потери особенно при переменных режимах.

В современных турбинах при d₁/l₁<10 применяют закрутку профилей, что повышает к.п.д. ступеней. Из-за ограниченности во времени расчёт ведётся по параметрам на среднем диаметре ступени.

Необходимо отметить, что в ступенях конденсационных турбин, где удельные объёмы нарастают сильно, для обеспечении плавности раскрытия проточной части сопловая и рабочая решётки могут выполняться на разных диаметрах.

Выбираем корневую степень реактивности ρ_к=0,2, а C₀ = 30…50 м/с – для первой ступени.

Учитывая, что выходная кинетическая энергия

ΔH₀ = C₀²/2 Дж/кг, ΔH₀ = C₀²/2000 кДж/кг,

Определим располагаемый теплоперепад на ступень от параметров торможения:

= H₀+χ_оΔH₀,

где χ_о=0,8 – коэффициент использования входной кинетической энергии.

ΔH₀ = C₀²/2000 = 40²/2000 = 0,8 кДж/кг,

= H₀+χ_оΔH₀ = 135,87+0,80,8= 136,51 кДж/кг.

Корневой диаметр находим по формуле:

d_к = d₀-l₁,

где d₀ – средний диаметр ступени из таблицы №1, в м; l₁ – высота сопловой лопатки в м.

Предварительно рассчитываем высоту сопловой лопатки по формуле:

l₁ = l_раб-Δп-Δк,

где l_раб – высота рабочей лопатки из таблицы №1, в м; Δп и Δк – величины периферийной и корневой перекрыш, определяются или с ориентировкой на прототип, или на синьки проточных частей других турбин, или на с. 64 в [1].

Δп = 0,0035 м, а Δк = 0,0025 м .

l₁ = 0,1958-0,0035-0,0025 = 0,1898 м,

d_к = 1,9-0,1898 = 1,7102 м.

Определяем степень реактивности на среднем диаметре ρ_ср по формуле:

Располагаемый теплоперепад на сопловую решётку равен:

кДж/кг,

кДж/кг.

Теоретическая скорость истечения пара из сопел равна

м/с;

м/с;

Из точки А_02п на h-S диаграмме вниз по изоэнтропе откладываем отрезок H₀, и находится точка A^'_2t – окончания теоретического процесса расширения пара в ступени: изобара, проходящая через A^'_2t – изобара давления пара за ступенью Р₂. Из точки А_02п вверх, по вертикали откладываем отрезок равный и определяем положение точки – характеризующей параметры торможения перед соплами ступени. Из точки вниз по вертикали откладываем отрезок и определяем положение точки A_1t – окончания теоретического расширения пара в соплах; изобара Р₁ – давление за соплами. По числу Маха на выходе из сопел судим о режиме течения; берётся в точке A_1t, м³/кг;

Из диаграммы:

Так как очень часто ошибаются при подсчётах M_1t из-за неправильности определения , то необходимо проверить режим течения, вычислив отношение , и сравнить его с , при - дозвуковой режим течения. Для перегретого пара = 0,546.

, - дозвуковой режим течения.

= .

Выбираем хорду соплового профиля b₁; её принимаем такую же, какая она у сопел соответствующих размеров для турбины, на которую ориентируемся при проектировании. Так как у нас турбина мощная, то принимаем b₁ = 150 мм.

По отношению b₁/l₁, а затем , по рисунку 5.2 [1] определяем коэффициент расхода для сопловой решётки при течении через неё перегретого пара .

– угол входа потока в сопловую решётку, для первой ступени цилиндра = 90˚. Число Рейнольдса = для определения коэффициента кинематической вязкости (м²/с) определяются по параметрам в точке A_1t: ν_1t, , P₁. По в определяется коэффициент динамической вязкости (Па с) для пара. в () A_1t, соответствующая давлению P₁,

ν_1t = v_1t.

b₁/l₁ = 150/189,8 = 0,790; =127,1^оС ; = 131,8410^-7(Па с; );

ν_1t= м²/с.

= .

= 1/0,211= 4,74.

Коэффициент расхода для сопловой решётки:

μ^''₁=μ^'₁ = 0,982.

Уточняем угол :

=

˚.