1.3. Определение числа нерегулируемых ступеней. Распределение теплоперепадов между ступенями.

Прежде чем переходить к детальному расчету нерегулируемых ступеней, следует определить число ступеней и произвести разбивку теплоперепадов между ними.

С увеличением числа ступеней в ЦВД достигается, как правило, более высокая экономичность. Однако конструкция турбины при этом усложняется, технологичность ухудшается, а стоимость увеличивается.

С уменьшением числа ступеней упрощается конструкция и снижается стоимость турбины, но одновременно со снижением экономичности могут возникнуть еще и проблемы с обеспечением прочности, так как увеличение мощности, вырабатываемой каждой ступенью, сопровождается ростом статических и динамических нагрузок, действующих на элементы статора и ротора.

Существует по крайней мере несколько рациональных методов оценки числа ступеней и разбивки теплоперепадов между ними.

В проекте используется более практичный способ, который предусматривает оптимизацию каждой ступени на ее корневом диаметре. При постоянном корневом диаметре и выборе одинаковых углов и степеней реактивности в корневом сечении для всех ступеней или для группы ступеней это означает, что и оптимальные располагаемые теплоперепады в этих ступенях одинаковы, что позволяет унифицировать лопатки этих ступеней, выполнив их одного профиля. В то же время постоянный корневой диаметр позволяет использовать и одинаковое хвостовое соединение.

Так как все ступени предполагается выполнить с одним корневым диаметром и без поворота потока, то следует учесть, что только в первой нерегулируемой ступени не используется выходная скорость предыдущей ступени, поскольку после регулирующей ступени выполняется камера, позволяющая выровнять параметры потока. Это требует увеличения располагаемого теплоперепада по статическим параметрам пара на первой нерегулируемой ступени по сравнению с остальными ступенями таким образом, чтобы он был равен располагаемому теплоперепаду по параметрам торможения других ступеней.

Вce ступени выполняются с одинаковым корневым диаметром и без поворота потока.

1.3.1. С целью осуществления полного подвода пара по окружности (е = 1) и сохранения достаточной высоты решеток ( l > 15-20 мм), корневой диаметр первой и остальных нерегулируемых ступеней принимаем несколько меньшим, чем корневой диаметр регулирующей ступени:

d_k=(0,85-0,95)d^p_k=0,9*(1-0,0263)=0,8763 м.

1.3.2. Реактивность в корневом сечении ρ_к выбрана 0,05. Это позволяет увеличить оптимальный теплоперепад на ступенях и уменьшить число ступеней.

1.3.3. Эффективный угол выхода _1эфф принят 12 градусов.

1.3.4. Оптимальное значение x^опт_ф=u/c_ф:

(0,97·cos(12^o))/(2·(1-0,05)^0.5)=0,4876

где  - коэффициент скорости в соплах; принят в первом приближении 0,97.

1.3.5. Оптимальный располагаемый теплоперепад определяется по формуле

H^опт₀=12,3(d_k/x_ф^опт)²=12,3(0,8763/0,4876)²=39,72 кДж/кг

Это значение теплоперепада может быть принято для первой ступени. Для каждой из остальных ступеней ориентировочный располагаемый теплоперепад по статическим параметрам (с учетом полного использования энергии потока из предыдущей ступени):

=39,72-(80²/(2*10³))= 38,8 кДж/кг

Выходная скорость ступеней с₂ может с достаточной точностью быть принята на уровне 70 - 80 м/с. Принято 80 м/с.

1.3.6. Ориентировочное число ступеней определяется по формуле