Розділ 4 розрахунок турбіни
4.1 Методика розрахунку турбіни
4.1.1 Геометричні розміри турбіни
Для
радіально - осьових турбін діаметр
колеса турбіни
мм.
Для осьової турбіни
мм.
Вхідний діаметр соплового апарату
мм.
Вихідний діаметр соплового апарату
мм.
Втулковий діаметр колеса
мм.
Зовнішній діаметр колеса турбіни на
виході
мм.
Кут виходу потоку з соплового апарату
.
4.1.2 Необхідна адіабатна робота турбіни
кДж/кг,
де
-
ККД турбіни
4.1.3 Явище газу перед турбіни
,
МПа
де
-
тиск за турбіною
Для
забезпечення продування необхідно, щоб
.
Вибираємо
ступені реактивності робочого колеса
,
для доцентрових турбін
.
Для осьових турбін
.
4.1.4 Швидкість газу на виході з соплового апарату
,
м/с,
де
- швидкісний коефіцієнт, що враховує
втрати в сопловому апараті,
.
4.1.5 Тиск газу на вході в колесо
,
МПа
Основні геометричні розміри турбіни показано на рисунку 4.1.
|
Рисунок 4.1 - Ескіз проточної частини турбіни а – осьова турбіна; б – радіально осьова турбіна |
4.1.6 Температура газу на вході в колесо
,
0К.
4.1.7 Число Маха на виході соплового апарату
Число Маха повинне бути менше одиниці.
4.1.8 Щільність газу на виході з соплового апарату
,
кг/м3.
4.1.9 Адіабатна швидкість витікання
,
м/с.
Визначаємо
відношення
.
Оптимальне значення
,при
відхиленні від даних значень, необхідно
перейти на інший типорозмір турбокомпресора.
4.1.10 Радіальна складова абсолютної швидкості перед робочим колесом
,
м/с
4.1.11 Окружна складова абсолютної швидкості
,
м/с
4.1.12 Окружна швидкість робочого колеса
,
м/с
4.1.13 Висота лопаток на вході в колесо (ширина проточної частини)
,
м
Зазвичай
4.1.14 Кут виходу потоку з соплового апарату
Значення
кута, що допускаються
,
інакше необхідно змінити кут .
4.1.15 Крок лопаток на виході з соплового апарату
,
мм,
де
-
кількість соплових лопаток,
.
4.1.16 Ширина горловинних соплових лопаток
,
мм
4.1.17 Для осьових турбін висота лопаток
,мм
ширина соплового апарату
,
де
-
коефіцієнт навантаження,
=
,
-
крок лопаток,
окружна швидкість на середньому діаметрі
,м/c
де
4.1.18 Кут виходу потоку з соплового апарату
4.1.19 Відносна швидкість газу на вході в колесо
,
м/с
4.1.20 Адіабатична робота розширення газу в робочому колесі
,
кДж/кг
4.1.21 Відносна швидкість на виході з робочого колеса
,
м/с
де
-
коефіцієнт швидкості, що враховує втрати
в робочому колесі,
,
м
4.1.22 Окружна швидкість на середньому діаметрі
Для
осьових турбін
,
так як
и
4.1.23 Температура газу на виході з робочого колеса
,
0К
4.1.24 Температура газу на виході з робочого колеса
,
0К
4.1.25 Визначаємо число Маха у відносному русі
Величина
повинна бути менше 0,85.
4.1.26 Щільність газу на виході з колеса
,
кг/м3
4.1.27 Площа перетину на виході з робочого колеса
,
м2
Для
осьових турбін
,
висота лопатки робочого колеса
4.1.28 Кут виходу потоку з робочого колеса у відносному русі
4.1.29 Витік газу по радіальному зазору
,
кг/с,
де
-
висота лопатки на виході з колеса,
,
м;
-
радіальний зазор,
,
мм.
Для осьових турбін
,
кг/с,
4.1.30 Уточнена величина кута виходу потоку
Величина
кута
повинна лежати в межах
.
4.1.31 Окружна і осьова складові абсолютної швидкості на виході з робочого колеса
,
м/с,
,
м/с
Визначаємо
відношення
.
Величина
повинна знаходитися в межах
,
для осьових турбін
.
Інакше необхідно змінити ступінь
реактивності колеса
або середній діаметр на виході
.
4.1.32 Абсолютна швидкість на виході
, м/с
4.1.33 Кут виходу потоку в абсолютному русі
Величина
кута
повинна лежати в межах
4.1.34 Крок лопаток на виході з робочого колеса на середньому діаметрі
,
м
де
-
число робочих лопаток
Для
осьових турбін
4.1.35 Ширина каналу у вузькій частині
,м
Для осьових турбін ширина робочих грант
,м
де
-
коефіцієнт навантаження,
4.1.36 Робота газу на колі колеса
,
Дж/кг
4.1.37 Окружний ККД турбіни
4.1.38 Втрати в сопловому апараті
,
Дж/кг
4.1.39 Втрати в робочому колесі
Дж/кг
4.1.40 Втрати з вихідною швидкістю
,
Дж/кг
4.1.41 Адіабатний ККД турбіни
4.1.42 Втрати енергії від витоків газу
,Дж/кг
4.1.43 Потужність тертя диска і вентиляції
,кВт
де
- коефіцієнт
кг/м3
Для
осьових турбін
4.1.44 Втрати на тертя і вентиляцію
,
Дж/кг
4.1.45 Внутрішній ККД турбіни
4.1.46 Ефективний ККД турбіни
,
де
-
механічний ККД турбіни,
Перевіряємо % помилки, на початку розрахунку був прийнятий.
Якщо % помилки перевищує 10%, необхідно провести перерахунок параметрів турбіни з набутого значення ККД турбіни.
4.1.47 Потужність на валу турбіни
,
кВт