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

После расчета параметров ступени в корневом сечении пере­ ходим к расчету следующих сечений.

Статическое давление за соплами в сечениях выше корневого определяют с учетом влияния геометрических и режимных пара­

метров, вызывающих отклонение распределения р х = р 2 (г) от значений, подсчитанных по упрощенному уравнению радиального равновесия.

120

Реакция ступени в промежуточных сечениях

(60)

Поправочный коэффициент k%, полученный на базе исследова­ ния кольцевых решеток и ступеней большой веерности, опреде­ ляют по рис. 82.

Ступени большой веерно­ сти, особенно в паровых турбинах, имеют в меридио­ нальном сечении существен­ ное раскрытие проточной ча­ сти. Учет меридионального раскрытия проточной части осуществляется путем умно­ жения поправочного коэффи­ циента на коэффициент ky (рис. 83), зависящий от угла наклона линии тока. Поверх­ ности тока в данной схеме расчета конические, и строят их следующим образом: соп­ ловую лопатку на входе и рабочую на выходе разби­ вают на равное число интер­ валов (на единицу меньше, чем число расчетных сечений) и через эти точки проводят прямые линии.

Вкорневом сечении ky =

=1, а в периферийном ky =

(^v)niin-

В периферийных сечениях ступени следует учесть влия­ ние протечек, так как ра­ диальный зазор бр, особенно в последних ступенях паро­ вых турбин, достигает 10 мм.

Влияние протечки через радиальный зазор можно учесть с по­ мощью следующей формулы:

Дрп = 0,8 Y Т~£п— • т - - Р..- ( 1 + ~тг) ’

где рп — степень реактивности на периферии сопловой решетки, определяемая по формуле (60).

Влияние периферийной протечки, как показывают опыты, прослеживается вплоть до сечения, гд е ^ = 90°, т. е. практически почти до среднего сечения. Снижение реакции от периферийного

121

сечения до сечения, где — 90°, можно аппроксимировать пара­ болической зависимостью

Для каждого сечения подсчитываем расход через кольцевую струйку тока единичной высоты радиуса г:

Щ = (Суд)£Длг,-,

где (Gra)£— удельный расход в сечении радиуса гс.

После окончательного расчета ступени следует еще раз проин­

Интегрирование обычно выполняют графически. Вычисляют среднюю величину выходной скорости, соответствующую среднему расходу

гк J~гп ДО;С2г dr

При (а2— 90°) = ± 10° следует уточнить выбор h0 + Ah0 = = h0 и повторить расчет.

Расчет при законе закручивания а х — var аналогичен изло­

женному выше. Только вместо удельного расхода GyR = / (г) задается ^распределение угла в функции приведенного радиуса

“1 = a i (г)-

Втабл. 10 приведен расчет ступени по пяти сечениям. К. п. д.

ступени

,Г1В

Лол = ~q~ | АОуДт]ол г dr.

Г1К

Интегрируя графически получим т]ол = 0,765.

122

123

к струйке, т. е. должен определяться по средним для струйки

рости М1Ь действительному углу (а^ц выхода в этом сечении уточняют ср, ct 1 и, следовательно, тп . После этого снова находят степень реактивности, р, p lt М.и и т. п. Дальнейшего расчета не требуется.

Расчет остальных параметров выполняют полностью по схеме, изложенной в тексте.

Учет влияния наклона лопаток на изменение степени реакции

При проектировании и расчете ступеней с длинными (а иногда и короткими) лопатками часто возникает необходимость искус­ ственно изменить закон распределения реактивности вдоль высоты лопаток. Такое изменение может быть достигнуто различными спо­ собами, главными из которых являются: 1) наклон или искривле-

124

ние сопловых лопаток; 2) перераспределение соотношений вы­ ходных площадей рабочих и сопловых решеток в различных се­ чениях. Первый способ приводит к возникновению дополнитель­ ных сил воздействия лопаток на поток и к искривлению линий тока; второй — к искривлению линий тока в меридиональной пло­ скости и к возникновению аэродинамических сил, меняющих гра-

Рис. 84. Схема проточной части ступени большой веерности:

а — меридиональное сечение проточной части; б — наклоненные сопловые ло­ патки (вид со стороны выходных кромок); в — криволинейные сопловые лопатки (вид со стороны выходных кромок)

диенты давлений в зазорах и соответственно разность реакций в верхнем и корневом сечениях и характер ее изменения по высоте лопатки вдоль радиуса.

Применение наклонных или криволинейных сопловых лопаток, как показывают эксперименты, позволяет уменьшить потери в корневых и периферийных сечениях ступеней большой веерности вследствие поджатая потока к торцовым стенкам.

На рис. 84 показана схема проточной части ступени большой веерности. Стрелками указано направление потока пара, что необходимо для определения положительного (по потоку) и отри­ цательного (против потока) наклона лопаток.

Угол наклона у сопловых лопаток в произвольном сечении г при постоянном значении кривизны MR выходной кромки можно

125

откуда при выбранном угле наклона ув в периферийном сечении

Если углы наклона лопаток выбраны в корне ук и у вершины ув, то нетрудно определить радиус кривизны выходной кромки ло­ патки

Если сопловые лопатки наклонные или криволинейные, то тепловой и аэродинамический расчеты ведутся по струйкам с уче­ том потерь энергии в каждом сечении, как и при радиально уста­ новленных лопатках. Однако в формулу для определения степени реакции р вводится поправочный коэффициент k 2, учитывающий наклон или кривизну лопаток [21 ]:

126 •

Как показывают расчеты и экспериментальные исследования, при положительном наклоне лопаток выравнивается степень реакции по высоте лопаток. Наклонные лопатки целесообразно применять при цилиндрической проточной части, а также при на­ личии раскрытия проточной части у корня. При раскрытии пери­ ферийной части (как обычно и выполняются последние ступени)

полнительной поправки k x [21 ]. Принимая синусоидальный закон изменения кривизны линий тока и учитывая, что рассматривается безотрывное течение в ступени (меридиональные линии тока в корне и у вершины соответствуют обводам ступени, т. е. линейны) можно найти кривизну линий тока за сопловой решеткой по фор­ муле

и на среднем радиусе гср.

Значение Rmcp определяется по формуле

где г0 и гi (см. рис. 84) определяют методом последовательных приближений из уравнений неразрывности, записанных для соот­ ветствующих сечёний.

Реакция

127

и экспериментальные исследования течения влажного пара в про­ точных частях турбин. Выявлено влияние некоторых геометри­ ческих размеров ступени и режимных параметров на к. п. д. сту­ пеней влажного пара, получены коэффициенты расхода и степени реакции, исследована эффективность влагоудаления и возникно­ вения жидкой фазы в проточных частях турбин, что весьма важно для оценки размеров капель влаги и их влияния на к. п. д. и эрозию ступеней.

Эти исследования дают возможность уточнить существующие методы расчета и рекомендовать некоторые конструктивные меро­ приятия для турбин, работающих на влажном паре.

Следует отметить, что созданы приближенные интегральные методы расчета [20 ] и методы, основанные на детальном анализе структуры потока [11, 27]. Последние отличаются значительной трудоемкостью и могут служить для оценки дисперсности жидкой фазы и структуры потока в решетках. Интегральные методы просты дают приемлемую точность и могут быть, по крайней мере в настоя­ щее время, рекомендованы для расчета. В этих методах исполь­ зуются равновесные is-диаграммы или таблицы водяного пара. Детальная структура потока, неравновесность процесса расшире­ ния и другие параметры учитываются соответствующими коэффи­ циентами, которые устанавливают на основании расчетов возник­ новения жидкой фазы и экспериментальных исследований струк­ туры потока. Конечные состояния двухфазной среды предпола­ гаются равновесными. Последовательный детальный расчет сту­ пеней выполняют обычными способами (как и в однофазной области а влияние влажности учитывается интегральными поправками коэффициента расхода, степени реакции и к. п. д. турбины г|0(-. Количество влаги в ступенях турбин определяют по действитель­

128