Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

378

.pdf
Скачиваний:
3
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
1.4 Mб
Скачать

ПЕРМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Ронзин В. Д., Генкин Э. Л., Агапов Г. А.

МЕТОДИКА Р А С Ч Е Т А МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ Г А З О В О Й Т У Р Б И Н Ы

Пермь 1970

Предлагаемая методика составлена для выполнения предварительного расчета многоступенчатой газовой турби­ ны при курсовом и дипломном проектировании. Расчет турби­ ны по этой методике можно проводить как на логарифмичес­ кой линейке, арифмометре, полуавтомате, так и с использо­ ванием электронной цифровой вычислительной машины (ЭЦВМ). Программой расчета турбины на машине предусмотрен выбор числа ступеней и распределение между ними теплового пере­ пада, учет влияния геометрических углов на профильные по­ тери в рабочих лопатках, обеспечение заданной степени реактивности у корня лопаток, заданной скорости и направ­ ления газа на выходе иэ турбины. В расчете ориентировочно проверяется на прочность рабочая лопатка с учетом темпера­ туры, производится выбор проточной части. На печать выда­ ется несколько вариантов, удовлетворяющих всем заданным на расчет турбины требованиям. Графические зависимости, используемые в расчете, взяты из работы [1] , апроксимированы полиномами третьей степени по методу наименьших квад­ ратов и введены в программу машины [2\. Эти графические зависимости приведены в методике и могут быть использова­ ны для контроля расчета турбины на ЭЦВМ.

При составлении методики использован опыт курсового и дипломного проектирования в Московском авиационном институте [1] .

Для удобства пользования методикой приведен числен­ ный пример расчета двухвальной трехступенчатой турбины.

 

 

РАСЧЕТ ТУРБИНЫ ПО СРЕДНЕМУ ДИАМЕТРУ

 

 

1 . Исходные данные

 

Т0

-

температура торможения газа

перед турбиной, град, абс. ;

!Ju*

-

полное давление газа перед

турбиной, кг/см2;

G,

-

расход газа через турбину, кг/сек;

//*

-

теплоперепад на турбине по параметрам торможения,

К'}

-

степень расширения в турбине;

п- обороты ротора турбины, об/мин;

'DHUp- наружный диаметр на выходе из турбины, м;.

ХСг - приведенная абсолютная скорость на выходе ив турбины.

При расчете двухвальной турбины задаются для второй турбины:

Нт

т п Dfup и Ясz

2.

Предварительный расчет

Б предварительном расчете определяются основные размеры пос­ ледней ступени турбины и выбирается число ступеней.

1. Внутренняя работа турбины

*

Hr

А

2 . Теоретическая работа турбины

*L*

Ти

Коэффициент потерь в заворе и потери от парного вихря прини­ маем ориентировочно во всех ступенях = 0,97.

3. Полное давление газа на выходе из турбины

*р*

R°

г:

4. Температура торможения на выходе из турбины

 

 

 

 

т' _

т*

л

'

'-7

 

 

 

 

 

 

— 'о

Т

------ г -

 

 

Принимаем

«= 1 ,3 3

и

 

=29,4

 

 

 

 

5.

Площадь

кольцевого сечения на выходе из турбины

 

 

 

F* =

 

^ ЛГ

 

 

 

 

 

 

 

> • 4 ) m'SiHcki Н1''

 

 

где

 

 

щ = /

 

 

1

 

 

 

 

 

 

У?

 

 

при

к - 1,33

и

/? = 29,4

 

 

/я =0,388

сХ2 =85°.

 

6.

Статическое

давление

на выходе

из турбины

 

 

 

 

Р ^ Р ,'П (А Сг)

 

 

 

 

7,

 

Адиабатическая

скорость

газа,

эквивалентная

статическому

теплоперепаду на турбине

 

 

 

 

(

 

С, =

'V „ ЯГ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

-V^

* ;/7,

 

о *

 

^А/\;

1Q

 

 

 

Относительный диаметр втулки последней ступени

турбины

 

-

 

/\;

ц

 

^

 

 

 

 

 

•(v______ __

 

 

 

У* ' ’1 ,

9 . Относительная высота лопатки на выходе из турбины

А-p

/ +

'

/ - й

В последней

ступени

ЛС2

и

ВНоР следует выбирать

так, чтобк*

в > 3

,5 .

 

 

 

10.

Средний диаметр

Q

 

 

 

 

^ СР ~

1 + 9

^

Н0Р

В двухвальной турбине необходимо сравнить средние

диаметры обеих турбин. При значительной разнице Т)ср нужно в исходных данных изменить ЯС2 или D нар . В методике принят Ъср= co n st

11. Высота лопатки последней ступени

 

 

h ^ ср

 

 

 

12. Окружная скорость

на среднем диаметре

 

 

 

 

JCDcp п

 

 

 

 

ср"

60

 

 

 

13.

Растягивающие напряжения в лопатках последней

ступени

 

€>р= 0 }75Ю

ri'F R

 

 

 

 

 

 

14.

Температура торможения газа на среднем диаметре

лопаток последней ступени

 

2

 

 

 

 

Tw= 7 ,% ~h 2

 

 

 

 

UcP

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15. Температура

рабочей

лопатки у

корня

 

 

 

~1~л. к о р н я

^

T W1

 

 

где £ -

коэффициент,

учитывающий отвод

тепла от

лопатки

в диск

(

6 = 0,95

).

 

 

 

 

16.

 

Предел длительной прочности <э,00 (100-часовой)

жаропрочной

стали для лопаток

турбин при высоких

темпера­

турах определяется по таблицам или графикам для выбранной марки материала лопаток. Для приближенных'расчетов можно пользоваться зависимостью на рис. 1.

Pfcc.l. Предел длительной прочности (100-часовой) жаропрочной стали для лопаток турбин при высоких

температурах

17. Коэффициент запаса прочности

При Кер < 1 ,5 нужно увеличить XCz или уменьшить п

и повторить расчет.

Если скорость на выходе из турбины увеличена до

предельного значения XCz = ^ с 2rr1ax = 0,75 и при этом

коэффициент запаса прочности кер < 1 ,5 , необходимо

ввести охлаждение лопаток. Если вапас прочности значи-

тельно выше 1 ,5 , то оледует уменьшить АСг (т .е . увеличишь

Если принятое

значение f c p иеныге определенного

по ри с.2,

то у корня лопатки появится отрицательная реактивность.

В этой случае

нужно увеличить ^ Г/Р

 

Расчет каадой ступени выполняется для нескольких зна­

чений угла выхода rasa из соплового аппарата d 1 (

=20°).

Выбор наилучшего варианта производится после аналива полу­ ченных результатов.

1.Окружные составляющие абсолютных скоростей газа в

осевом зазоре и за ступенью

 

 

 

 

^1и + С2U

Llu f

 

 

2

 

 

 

 

 

 

— Uср(1

pepJ

 

 

Решая данную систему уравнений, находим значения С1и

и С2и

 

 

 

 

 

2. Абсолютная скорость газа

в осевом

зазоре

 

с

= - ° 1—

 

 

 

 

L1

Саво(1

 

 

 

При расчете ступеней угол

сх,

увеличивается о*

о т у п ей

к ступени. Максимальное

значение угла

ограничено

углом

3 . Осевая составляющая абсолютной скорости газа в

осевом зазоре

C1q= С1 Sino{1

4. Коэффициент абсолютной скорости rasa в осевом за­

зоре

 

S

°*р0-

 

/г г

 

 

 

'Ц —0кр^

is, 13у т0

 

Здесь

т*

_

 

 

_

следующих сту­

10 - дня

первой ступени турбина. Для

пеней

температура торможения

гава

на входе

Т0* равна тем­

пературе торможения rasa на выходе

на предыдущей ступени,

т .е .

 

= т *

 

 

 

 

 

5. Коэффициент полного

давления в

сопловом аппарате

где

 

"С,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_

. (П_

 

 

 

 

 

?=0,91

 

 

 

6 . Полное давление rasa

в осевом

sasope

 

 

i - p o

б с

 

 

 

 

7. Площадь кольцевого сечения проточной части на вхо­

де в

рабочее колесо

 

 

 

 

рGr{TT

1

fc, rn <Sia d 1 /О4

8. Высота лопаток на входе в рабочее колесо
кй= F,
'Л г д
После того, как рассчитана высота рабочей лопатки на входе б первое рабочее колесо h Pl и определена в предва­ рительном расчете высота лопатки последней ступени h&, строится ориентировочно проточная часть турбины. Высота остальных лопаток турбины рассчитывается подбором аа счет изменения углов (А1 и J )P , ориентируясь на предваритель­ но вычерченную проточную часть (см .ри с.3 ).
Если расчет выполнен на ЭЦВМ, то каждая ступень тур­ бины рассчитывается в нескольких вариантах, имеет несколько значений Ър и Ир& (в зависимости от выбранных ск1 и f i 2 ). Вычерчивание проточной части турбины упрощается. Нужно толь­ ко подобрать из имеющихся вариантов каедой ступени размеры
hp и НРо так, чтобы проточная часть турбины имела плав-
4*2
ный контур, бее больших переломов. Угол раскрытия проточной части турбины ]f не должен превышать 15°. Для получения повышенных к .и .д . турбины следует выбирать варианты ступе­ ней с небольшими \ Сг , обращая внимание на запасы прочности лопаток .
9 . Угол относительной скорости rasa на входе в рабочую лопатку , С1о
■Я,с/°
10. Относительная скорость газа на входе в рабочую лопатку

11.Коэффициент окружной скорости на средней диаметре

U,СР

кро

12.Температура торможения гаеа перед рабочей лопат­

кой

Ii = T o l , + 7 тт(2к *с, ^ V A 2)]

 

13.

Коэффициент относительной скорости гаэа на входе

в рабочие

лопатки

^W — "n ' J ГАЕ °кр1 « 1 « Л Г 7 Кр 1

14.Полное давление гава, ватормохеиного по относи­ тельной скорости на входе в рабочие лопатки

 

 

р* =р*

Пс<

 

г* £

H w - f f l w J

 

 

 

' .

» 1

п

 

;

 

 

 

rWм

го

 

 

 

 

7

 

''у*/,

 

 

 

 

 

 

15.

 

Осевая

скорость

газа и угол выхода его из рабо­

чего

колеса

 

 

 

 

 

р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

■'fа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fcp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6(2

 

с2„ определяется методом последовательных приближений.

Значением угла

с{9. сначала

задаются,

а затем

его проверяют

по уравнению.

 

 

 

 

 

 

ОГ Ж

" < -90°

При

С2и > 0

и d 2 < 90

 

 

 

 

 

 

,

Соа

 

 

 

 

\См>0

 

oi2 = cnctq 7 ;—

 

 

 

 

 

/ t

 

 

 

О L 2 U-

 

 

 

 

oS>90°

 

 

 

 

 

 

 

 

О

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При

С2„< 0

и d P > 9 0 ’

 

 

 

/

 

 

 

 

Су

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|

|

 

<*2=90+)[,

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]