5. Газодинамический расчет турбины

В данном разделе необходимо выполнить проектировочный газодинамический расчет осевой турбины при следующих исходных данных:

1) ;

2) ;

3)

4) ;

5) ;

6) ;

7) ;

8)

Степень расширения давления в диффузоре принимаем равной .

Нужно выполнить предварительный расчет турбины и выбрать число ступеней, выполнить термогазодинамический расчет по среднему диаметру, расчет закрутки потока последней ступени, построить эскиз проточной части турбины и компрессора и определить КПД и мощность каждой ступени и турбины в целом.

5.1. Предварительный расчет турбины

Целью данного раздела является определение напряжений в корневом сечении рабочей лопатки под действием центробежных сил инерции и сравнение её коэффициента запаса прочности с предельно допустимым значением, а также определение количества ступеней и нахождение длины лопатки последней ступени.

Для решения данной задачи необходимо ещё задать безразмерную скорость за турбиной и угол выхода потока из турбины .

1. Удельная внутренняя работа турбины:

;

2. Температурный перепад на турбину по параметрам торможения:

;

3. Температура торможения за турбиной:

;

4. Критическая скорость потока, выходящего из турбины:

5. Скорость потока на выходе из турбины:

6. Давление на входе в турбину:

;

7. Давление за последней ступенью:

;

8. Изоэнтропийный перепад энтальпий на турбину:

9. Температура в потоке за турбиной при изоэнтропийном процессе расширения:

;

10. Давление в потоке за турбиной:

;

11. Температура в потоке за турбиной:

12. Плотность в потоке за турбиной:

;

13. Площадь сечения на выходе из рабочего колеса последней ступени:

.

14. По формуле, учитывающей характер изменения профиля по высоте, можно оценить напряжения в корневом сечении рабочей лопатки последней ступени.

;

Выберем материал для лопаток – сталь ЭИ696, для которой предел длительной прочности . Коэффициент запаса имеет допустимое значение, т.к.

15. Теперь необходимо выбрать средний диаметр рабочих лопаток последней ступени. Для данного расчета примем .

Тогда:

;

16. Высота лопаток последней ступени:

;

17. Параметр ;

18. Примем число ступеней турбины . Тогда параметр

, что соответствует значениям (У=0,5-0,6).

Теперь определим изоэнтропийный перепад энтальпий на компрессорную турбину и на турбину низкого давления, исходя из уравнения баланса мощностей:

Теперь необходимо выбрать средний диаметр рабочих лопаток первой ступени. Для данного расчета примем . Тогда

.

, что соответствует значениям (У=0,5-0,6).

Площадь сечения на входе в первую ступень турбины:

Высота лопатки направляющего аппарата первой ступени:

2. Профилирование меридианных обводов проточной части

Выполним проточную часть турбины с постоянным корневым диаметром. Зная длину рабочей лопатки на выходе из турбины, зададим характерные отношения:

_{Таблица №4. Геометрические размеры проточной части турбины}

Ступень	I	II	III	IV	V
Средние диаметры направляющих и рабочих лопаток
d1с	1,100	1,100	1,100	1,130	1,176
d2с	1,100	1,100	1,106	1,150	1,200
Длины лопаток
l1	0,053	0,075	0,102	0,1605	0,2065
l2	0,064	0,087	0,114	0,180	0,230
Параметр d/l
d/l	18,80	13,58	10,18	6,70	5,45

Рис. 11. Эскиз проточной части турбины