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

ном сечении уменьшаются, что благоприятно сказывается на

к. п. д. отсека.

Для уменьшения меридионального раскрытия проточной части цилиндра низкого давления (ЦНД) в первых ступенях следует принимать возможно меньшие значения угла а 1эф. Обычно в пер­ вых ступенях Ц Н Д а1эф = 11-г-12°, но иногда применяют решетки сопл с а 1эф = 9-г-10°.

Кроме того, степень реактивности рср при данной высоте сопл Ij следует вычислить по формуле (54) и сравнить ее"'с предвари­

по ступеням и определяют их размеры. Обычно это делают сле­ дующим образом: оценив длину ротора между первой и послед­ ней ступенью турбины и отложив на чертеже в выбранном мас­ штабе их диаметры, вычерчиваем меридиональный профиль проточной части. Следует учесть, что при углах раскрытия проточной части уи 35° более экономичным является кони­ ческий профиль периферийного обвода. Затем оцениваем рас­ стояние между осями дисков всех ступеней и с помощью чер­ тежа определяем средние диаметры и высоты лопаток всех ступеней.

Порядок расчета ступени

Предполагается, что известна частота вращения ротора турбины и, на основании предварительных расчетов, расход пара через ступень G0 и параметры рабочего тела перед ступенью р 0, i0 (или р о, х 0). Из предварительного построения проточной части ступени должны быть получены средний диаметр ступени, высота ее ра­ бочей лопатки / 2 и располагаемый теплоперепад h0.

Желательно, чтобы были заданы некоторые дополнительные данные, характеризующие диапазон изменения параметров при

в котором должно быть обеспечено устойчивое значение к. п. д.; в) изменение давления Ар2 за последней ступенью при изме­

нении нагрузки АР (или расхода пара AG).

Желательно, чтобы были известны конструкция цилиндра низкого давления, возможные пределы изменения осевого рас­ стояния между ступенями отсека, и в частности пределы измене­ ния осевого расстояния между предпоследней и последней ступе­ нями, предполагаемая технология изготовления диафрагм, ми­ нимальные и расчетные величины осевого и радиального зазоров, размеры и предположительные характеристики выпускного пат­ рубка.

110

чивает ар в опасном сечении (обычно в сечении, близком к корне­

вому).

С другой стороны, как показывают испытания модельных и натурных трубин, повышение степени реактивности в корне сме­ щает начало возникновения отрыва у корня рабочих лопаток в зону меньших объемных пропусков рабочего тела.

Изменение объемного пропуска рабочего тела существенно сказывается на работе предпоследней и, особенно, последней ступеней турбины. По­

в наибольшей степени удовлетворяет требованиям надежности, технологии изготовления и т. п.

Для выбранного варианта расчета уточняют меридиональный профиль проточной части, осевой зазор и перекрышу рабочих ло­ паток. Перекрыта у корня Дк обычно равна 2—4 мм. Увели­ чивать перекрышу у корня нецелесообразно, так как возможно появление диффузорного течения в каналах рабочей решетки, при­ водящего к отрыву потока.

Перекрыта рабочих лопаток на периферии в значительной степени зависит от меридионального профиля проточной части и 0 = d/l2 (рис. 72). Однако Дп больше 25—30 мм не применяют, так как это создает большие нарушения течения потока у пери­ ферии ступени. Высота сопл / х = /2— Дк ■— Дп.

После этого следует предварительно рассчитать ступени по пяти—девяти сечениям (и более), уточнить профили сопловых и рабочих лопаток и проверить прочность (стр и аи) и вибрацион­ ные характеристики лопатки. После этого уточняют число рабо­ чих лопаток, определяют тип и места установки демпферных связей (проволок и т. п.).

112

Для влажного пара по рис. 74 подсчитывают изменение коэф­

а — Дц = f {уо, конфузорности)^ б — поправка на отношение давлений

Изменение углов выхода а 1эф по высоте сопловой решетки подсчитывают в соответствии с выбранным законом закручивания лопаток:

114

Детальный расчет и профилирование ступени

После уточнения геометрических размеров ступени, расчетного теплоперепада, выбора наиболее приемлемого закона закручи­ вания лопатки выполняют детальный расчет ступени. В настоя­ щей книге рассматривают только приближенные способы расчета осесимметричного потока, основанные на упрощенном уравнении радиального равновесия.

Учет раскрытия проточной части, влияния вязкости, чисел М и Re на характеристики решеток и степень реактивности основы­ вается на введении поправок, которые получены в результате обобщения данных экспериментального исследования ступеней

Рассмотрим методику расчета ступени, профилирование ко­ торой выполнено по закону постоянства удельного расхода.

Из расчета параметров на среднем диаметре ступени удельный

Это уменьшение расхода в корневом сечении обусловлено нали чием галтели в месте перехода пера лопатки в хвост.

Рекомендуется также уменьшить на 5—8 % расход на пери­ ферии, где велико влияние протечек.

Дальнейший расчет ведем от корневого к периферийному се­ чению.

объем пара можно определить с достаточной степенью точности по формуле

Vit = v'ixit,

где vi — удельный объем сухого насыщенного пара при давле­ нии ру\ x lt — степень влажности за соплами при изоэнтропийном расширении.

115

Угол направления потока в осевом зазоре

sin а 1к = (sin а1эф)к ,

Следует учесть, что коэффициент расхода корневых и пери­ ферийных сечений кольцевой решетки сопл существенно зависит от геометрических параметров (в частности, sin а 1эф = cijt-^), от числа М и т. д.

Коэффициент расхода для этих сечений определяют следующим образом: по рис. 73 при известном находят коэффициент рас­ хода р 10. Если процесс захватывает область влажного пара, то по рис. 74 берут поправку Лр1вл на влажность.

Затем по кривым рис. 75 определяют уменьшение Др^, связан­ ное с влиянием концов лопатки. Для определения Apj следует

в корневых сечениях захватывает участок, достигающий при ма­ лых относительных шагах высоты, равной приблизительно 1,5

дополнительных (в том числе и вторичных) потерь в концевых зонах.

Профильные потери в сопловой решетке в зависимости от типа решетки, угла выхода, числа Маха Mlt определяем по рис. 76 и 77. Как следует из этих кривых, сопловые решетки с изломом на спинке профиля имеют очень устойчивую характеристику в ши­ роком диапазоне чисел Ь\и . Угол излома обычно равен 1—2,5°. Поэтому при дозвуковых скоростях излом незначительно влияет на распределение скоростей вдоль спинки профиля. При М > 1 точка излома является источником центрированной волны раз­ режения, благодаря которой замыкающий скачок, и следовательно, точка отрыва потока от спинки лопатки смещаются ближе к вы­ ходной кромке.

Влияние концевых зон учитывается по рис. 78.

116

Рис. 75. Уменьшение коэффициента расхода в концевых зонах сопло­ вой решетки при 0 = d!l1 <[ 5:

а — у периферии; б — у корня

Рис. 77. Поправка на влияние угла выхода а 1эф

1 — дозвуковые; 2 — сверхзвуковые; 3 — с изломом на спинке

117

Далее определяют параметры потока в относительном дви женин на входе в рабочую решетку Pi и параметры торможе

ния р х и t'j.

Степень сухости x 2t и теоретический удельный объем v2t

v2t — vlx2f.

Подсчитываем скорость звука а — V ^ p 2 vn (при *2/ <С 1 ск 0 рость звука определяют по формулам, приведенным в гл. VI)

118

Эффективный угол выхода из рабочей решетки

где [л.2о— коэффициент расхода, определяемый по рис. 73 в за висимости от угла поворота потока Ар = 180— (Bj + р2).

Вкачестве угла р2 можно взять Р2эф; Ар2— поправка на влияние концов, определяемая по рис. 79. Величину А(г2 находят в зависи­

119