книги из ГПНТБ / Абрамов, В. И. Тепловой расчет турбин

стным

и F J F Uа с помощью рис. 56.

степень

реакции

2.

Находим

направляющего аппарата рна0 при

отношении

давлений

на

ступени

е = 0,6 и заданных хф, FHJ F 1 по

рис.

57.

поправку

3.

Подсчитываем

влияния числа

Маха

(т.

е. е) —

(Лрн. а)е ПО формуле (51).

4.

Определяем

степень реак­

ции для направляющего аппарата:

Рн.а

Рн.аО

(^ Р н .а )е •

где Др10 берем

по рис.

58.

6 . Определяем поправку на относительную

высоту

решетки

циента расхода p x

(см. рис.

16).

При дозвуковых

режимах

истечения расход пара зависит от

где v lt — удельный объем

пара

в выходном сечении сопла при

изоэнтропийном расширении;

— удельный объем пара в кри­

тическом сечении сопла.

при

малых степенях парциальное™,

Следует учитывать, что

с начальными параметрами пара перед стопорным клапаном р0 =

90 МПа, i0 =

=

535° С.

регулирующей

ступени

/г0 =

188,5 кДж/кг.

Располагаемый теплоперепад

Расход пара,

по данным предварительного теплового

расчета, G = 57 кг/с. Для

расчета вибираем комбинацию КС-1А.

Найдем

основные геометрические

размеры ступени.

1. В первом приближении опреде­

ляем площадь выходного сечения соп­

лового

аппарата:

р =

Gvi ‘

1

P i ctt

=

Принимаем

предварительно

=

0,97

и

2

Р =

0, потерю

давления

в

органах

парораспределения Лр0 =

=

0,3

МПа.

По

is = диаграмме

на­

ходим

vxt =

0,065 м3/кг, тогда

F

_

57-0,065

=

900

1000

1100 а, мм

1 _

0,97 V 2-188,5

Рис.

60.

Изменение к. п. д. оптималь­

=

0,00625

м2 = 62,5 см2.

ной степени парциальности двухвенеч­

2.

В соответствии с табл.

6 прини­ ной

ступени

при

Fx — const и h0=

маем эффективный угол выхода из соп­

=

const

ловой решетки а 1эф = 14° 30 (sina19* =

Наименование величин

|

В арианты расчета

Результаты расчета приведены на рис.

60. Как следует из рассмотрения кри­

вых, оптимальными геометрическими размерами ступени и

(хф)0ПХ

будут

d =

=

1030 мм; Zj =

24,0 мм; е =

0,325; Хф =

0,263.

const,

хф =

const и

е/х =

const

Расчеты также показывают, что при

d =

отклонение от оптимальной парциальности на 10—15% в ту или другую сторону

практически не влияет на к. п. д.

/х'=

=

В соответствии с этим примем для дальнейшего расчета d = 1030 мм;

22

мм; е = 0,35; Хф = 0,263.

Производим детальный расчет проточной части и распределения теплопере-

падов в ступени.

1.

По располагаемому теплоперепаду А0 и начальным параметрам пара перед

ступенью определяем отношение давлений

8 =

—

=

=

0,563.

Ро — д Ро

87

2.

Задаемся распределением степени реакции по венцам ступени.

Имея в виду

малую, сравнительно, степень парциальности, не следует принимать суммарную

реакцию 2 р >

6ч-7%.

+

Принимаем

pi = 0,01; рн. а =

0,04;

рп =

0,02,

т. е.

2

Ре =

Pi + Ри +

Рн. а = 0,07.

3 мм;

бв =

1 мм;

3.

Для дальнейшего расчета принимаем окончательно 8а =

бр = 0,8 мм; В 2 = 40 мм;

= 51,5 мм; гу = 3.

{

бв

1,0

= 0,78 мм.

бв sin О! у

/ ' + (■ брРу

/ ■ + » ( W

Реакцию ступени при полном подводе и заданном е =

0,563 находим по фор­

муле (47):

£ р е +9-’°07- ^ - £ )

0,07 +0,007 i

-

° ’35

S

W

0,35

= 0,104.

1 — е

ба

1

1 — 0,35

3

1

h -

0,35

‘ 22

Предполагается, что степени реакции 'по венцам изменяются в таком же

соотношении, т. е.

0,01 +

0,33-0,007

. .

0,018;

(Pi),=l = —

0,77

(Рн. а)е=1 —

0,04 +

0,33-0,01

=

0,056;

0,77

(Рп)е=1 =

0,02 +

0,33-0,01

=

0,030.

0,77

Вычисляем поправку к реакции на отношение давлений

s =

р2/рд = 0,6 [по

формуле (51)]:

(А 2 р ) е = 0,006.

Ввиду малости поправки ею можно в данном расчете пренебречь.

Вычисляем поправку ki (по рис. 59). Для этого определим

^ . = ^

= 0,035

и

~и~ ^

^ + ,Л

=

0,675, тогда

ki =

1,06.

b2

40

Таким образом, степени реакции

[по формуле (52)],

приведенные к реакции

ступени при е = 0,6,

pi

,А .

0,018

п п .

Р1» = ТГ“

(Ар1) е = - Т Ж ==0’017’

Рн. а о =

0,054;

Рн о =

0,029.

По кривым рис. 58 и хф = 0,263 находим, что

Fi

=

1,51.

FI

По кривым рис. 57 при Хф =

0,263 и FilF1 =

1,51 с

помощью линейной ин­

терполяции находим,

что

FB. j F i

=

1,53, т. е. Fa.jF,. = 1,53

1,51 =

2,31.

По кривым рис. 56 при Хф = 0,263

находим

F]i/FH. а = 1,56, т. е. F\ilFx =

== 3,60

реакции

обеспечивается в ступени при

Таким образом, заданная степень

лен на рис. 61. Откуда vxt =

0,0633 м3/кг; щ = 0,973 (при lx =

l1lb1 = 22/51,5=

= 0,427). Тогда

Mtci[

57,0-0,0633

=

0,0063

м2.

0,973 Y 2-188,5 (1 — 0,07)

Уточним также степень парциальности:

е

63,0-102

=

0,353.

я - 1030-0,25-22

ndlx sin а1Эф

63,0-102-1,51

26,3

мм.

я - 1030-0,353-0,319

Принимаем а{ =

24°,

тогда

Fu. а

nde sin a 1эф

63,0-102-2,31

“ я - 1030-0,353-0,407 = 31,5

ММ'

Принимаем (32 Эф =

32° 30', тогда

h —'

.Fuо

nde

sin Р2эф

Рис. 61. Тепловой процесс сту­

63,0-102-3,60

_

мм.

пени в ['s-диаграмме

: я - 1030-0,353-0,537 “ 36,8

7. Задаемся толщиной выходных

кромок сопловых

и

рабочих

лопаток.

ности, технологии изготовления и т. д.

а = 0,4 мм.

Принимаем толщины кромок:

= 0,6 мм, Л 3 = 0,4 мм, Л„

8. В соответствии с выбранными углами выхода ос1эф, Р2эф.а 1эф>

Ргэф вычис"

ляем шаги решеток (на основании рекомендаций гл. I)

и хорды Ь.

Сопловая решетка.

Согласно рекомендациям гл. I принимаем относительный шаг сопловой ре­

шетки fj = 0,767. Тогда

t = b j x =

0,76751,5 = 39,50

мм.

Решетка

t

а1эф

“у, Ру

В

Ь

t

Z

В °

В 0

в мм в мм в мм

Сопловая .......................

0,767

14° 30'

37° 20'

30,5

51,5

39,5

36

Первая

рабочая . . . .

0,65

18° 30'

76° 40'

40

41,10

26,65

122

Направляющего аппара-

0,602

24°

78°

40

41,0

24,58

132

та

...............................

Вторая

рабочая . . . .

0,527

31° 20'

76° 30'

40

40,7

21,43

152

=

9.

Так как относительная высота сопловой решетки

= t1/b1 = 22/51,5 =

0,427 мала, чтобы уменьшить концевые потери, используем меридиональное

профилирование.

При Хф =

0,263 и высоте сопл

= 22 мм по рис. 40

10.

Определяем т]ол-

находим г|ол = 0,786.

Для определения поправки на диаметр находим

1030

0Н

22

1030

.

^ ==7

o r = W

= 1’47-

22

=

Тогда согласно рис.

41 для сопловой решетки сварного изготовления kd =

1,014.

Поправка на меридиональное профилирование сопловой решетки (рис. 44)

V

С =

1,012.

Если применяется сопловая решетка с наборными лопатками прямой фрезе­

Поправки на хорду

и толщину кромок лопаток сопловой решетки С-9015А

(рис. 45 и 46) kbl = 0 , 1 ;

йД1 = 1,0. При определении &Д1 необходимо вычислить

ющего

аппарата: kbx = 0,985;

йД[ = 1,004;

^ь.н а = 0,995; £Дн а = 1,002;

kb л =

0,999.

Поправка на отношение давлений в ступени (см. рис. 53) kz г=» 1,0.

Поправку kf, = 1,001 на величину осевого зазора находим с помощью рис. 55,

предварительно определив

бЭкв — 0,85

=

0,78 — Д85

= _ 0>0032 и

1,

22

0 =

1030/22 = 47,0.

Л /

-

1,8

1, 0 -

1,8

ппос

П

=

22

=

0,036.

Тогда с помощью кривых рис. 54

* д /=

1.006-

Относительный лопаточный к. п. д. по формуле (50)

Чол =

Чол^й^мс ■ • • k i

=

= 0,786-1,014-0,985-1,004-0,995-1,002-0,999-1,001.1,0-1,006 = 0,792.

11.

Потери

на

трение колеса

t

-

f

u g

Чв < *\ф

d2Д -

Л I

2 5

^_з

02 ,

3

150 \з ю-

103°2-0'263

= 0,013.

ё т р —

( Д + А О

d

) ^

Р 1 ХФ

\Д

+ 2 ,Ь 103о)

3 10

63,0-ю 2

Коэффициент Ф находим по кривой рис. 20 в зависимости от s jd

(где sa —

осевой размер камеры колеса) и

числа

Reu = — .

При

sfl/ d =

100/1030 =

0,097

2

Reu

161,5-1,03

= 2,6 -108.

0,64-10"6

Тогда коэффициент трения Ф =

0,3- 1 0 '2.

12.

Подсчитываем потери на вентиляцию. Полагая, что на 80% неактивной

дуги имеется защитный щиток, установленный с осевым зазором 3 мм (сочетание

II—II), по формуле (33) и рис.

31

Спп =

0,017 + 3/22-0,8-0,37 =

0,02. Для

остальной части дуги С0 = 0,045.

Тогда С = (Спп-0,8 -j- С0 -0,2) = 0,02-0,8 -f-

+

0,045

0,2 = 0,025.

(45), определяем потерю на вентиляцию:

Пользуясь формулой

0,025

26,3 +

36,8

1 — 0,353

• 0,2633 = 0,01.

~

0,25 ‘

22

0,353

таны

на теплоперепад h0 = 1000= 1200 кДж/кг, т. е. работают

при

числах Мф > 3,0.

скоростей

хф.

зоне теплоперепадов h 0 = 400-е600

Для работы в

кДж/кг

(т. е. е =

р 21р0 =

0 ,2 -е 0,08)

предназначены комбинации

профи­

лей МЭИ

KC-0B,

КС-IB и

КС-2В. Основные характеристики

Ступень

РеШетка

Профиль

“ гФ'

F /F t

“ *Ф в

С о п л о вая .......................

С-9012В

10—12

1,0

кс-ов

Первая

рабочая . ■ .

Р-2118В

16—19

1,6—1,65

Направляющего аппарата

Р-3021Б

19—24

2,7—2,8

Вторая

рабочая . . .

Р-5033А

30—35

3,8—4,0

С оп ловая.......................

С-9015В

13—15

1,0

КС-1В

Первая

рабочая . . .

Р-2525В

20—23

1,6—1,64

Направляющего аппарата

Р-3525Б

23—28

2,7—2,9

Вторая

рабочая . . .

Р-5535А

34—39

3,8—4,0

С опловая.......................

С-9022В

18—23

1,0

КС-2В

Первая

рабочая . . . .

Р-2926В

24—27

1,6—1,64

Направляющего аппарата

Р-4629Б

26—32

2,7—2,9

Вторая

рабочая . . . .

Р-6038А

35—44

3,8—4,0

Если

учесть,

что степень реактивности

р«£0,1

и отношение

4 В. И. Абрамов

97

степень расширения межлопаточного канала

[1, 2 ]

и, следова­

тельно, величина относительного шага решетки.

Отношения площадей, указанные'в табл. 9, рекомендуются

для

относительных

скоростей ы/сф = 0,24т-0,28.

Двухвенечные

сверхзвуковые ступени,

работающие при

Мф ^

2 ,0 , проектируют на отношение скоростей хф,

существенно

комендации.

давлений е =

1. Для ступеней, рассчитанных на перепады

— pjpo = 0,08-ь 0,25, рекомендуется применять

профилирован­

Например, при е = 0,03 (Мф =

2,9) степень расширения межло­

паточного канала / = 4,2 =

Получить такую степень

волинейных каналов для сверхзвуковых скоростей

разработаны,

недостаточно, такие решетки имеют в настоящее

время весьма

высокие значения коэффициентов

потерь.

давлений е =

2. Для ступеней, рассчитанных

на

перепады

-- Р^Ро = 0,005-ь 0,08, рекомендуется

применять

осесимметрич­