книги из ГПНТБ / Кононов, Н. И. Газовые турбины. Теория и расчет учебное пособие

Полученный шаг решетки соплового аппарата должен корректи­ роваться после выбора числа лопаток соплового аппарата

так, чтобы число лопаток соплового аппарата было равно целому числу, ближайшему к определенному по формуле.Затем корректируется относительный шаг:

Корда профиля при тепловом расчете не определяется, а должна быть выбрана из конструктивных соображений, а за­ тем проверена расчетом на прочность. Значение хорды выби­ рают следующим образом. Задаются относительной высотой

патки первой ступени ТВД с целью улучшения стабилизации направления газового потока выполняются относительно ко­ роткими и для них принимается 1с = 1,1*1,5. Так как шири­ на лопаток В прямо пропорциональна хорде, то относитель­ но короткие лопатки называют более широкими. Сопловые ло­ патки последующих ступеней и турбин выполняются более узкими и имеют t c = 1,6*3,0, так как увеличение их ширины повлекло бы за собой нежелательное увеличение осевых раз­ меров ротора турбины.

После определения высоты сопла Lc значение хорды нахо­ дится по формуле

и корректируете^ для получения необходимого относительно­

.200

Выбор профилей рабочих лопаток производится по уже из-* вестным, хотя бы в первом приближении, углам J \ и Jb2и скоростям w4h w 2 . При 9^0,40+ 0,50 для рабочих лопаток принимается тот же профиль, что и для сопловых лопаток. При б = 0,25+0,40 возможно использование в качестве ра­ бочих лопаток профилей, рекомендованных для сопловых ло­ паток. В обоих случаях выбор всех геометрических и аэро­ динамических характеристик решетки профилей будет анало­ гичным изложенному при выборе профилей для сопловых лопа­

ток.

Профили, рекомендуемые для рабочих лопаток, используют­ ся, в основном, при степенях реактивности от 0,00 до 0,25- 0,30. Однако это не исключает возможного их обоснованного применения и при более высоких значениях степени реактив­ ности.

Относительный шаг решетки профилей рабочих лопаток (9 ^ 0,30) на среднем диаметре можно выбирать в пределах ТЛ = 0,6+0,85. Иногда по конструктивным соображениям (повышение прочности хвостового соединения, уменьшение

числа рабочих лопаток или обеспечение необходимого значе­ ния угла ) величина t A может выбираться и большей, чем указано. Минимальный шаг обычно определяется условиями размещения и надежного крепления лопаток в ободе диска. Надежность крепления будет обеспечена,если относительный

значение относительного шага на среднем диаметре при этом определится по формуле

201

а число рабочих лопаток при этом

Число лопата* рабочего колеса zA должно быть целым числом, ближайшим к найденному по формуле (9 .7 ). После выбора zA значения t A и t A уточняются и фиксируются.

Хорда профиля рабочей лопатки выбирается следующим образом. По расходу газа через каналы рабочих лопаток определяется высота рабочих лопаток 1А . По конструктив­

жения от изгиба и от вибрации в корневом сечении лопатки. Это отношение для первых ступеней турбины принимается в пределах = 1,5+2,5, а для последующих ступеней еще более и доходит до 4. Таким образом,, для рабочих лопаток принимается 1д = 1,5+4,0. После предварительного выбора хорды по соотношению ЪЛ= 1л : 1д необходимо ее значение согласовать с шагом t A в целях получения требуемого отно­ сительного шага t A (сы. выше).

Важным является и следующее обстоятельство. Уменьшение относительного шага можно производить за счет уменьшения шага или за счет увеличения хорды профиля. В сопловых ло­ патках уменьшение относительного шага выполняют за счет

за собой существенного увеличения веса ступени, однако уьеличивб-г кинцевые потери.

Брешетках рабочих лопаток уменьшение относительного

а:.га, когда это необходимо, выполняется путем уменьшения шага. Этим достигается уменьшение осевых размеров ступени и веса конструкции. При этом надо иметь в виду, что изме­ нение хорды профиля рабочих лопаток сказывается на осевых

гб.ч’

нии ДС. Пересечение этого перпендикуляра с биссектриоой угла ЕСД определяет радиус закругления вогнутой стороны.

ной кромки (0,5+2,5 мм) иди радиус закругления выходной

кромки р8ых= 0 ,8+1,5 мм.

Радиус вогнутой стороны определяется по вытекающему из

формулы

C0Sjb2 + COS CP’l+ lf)

204

Величина шага лопаток t Aсвязана с г и обычно находит-» ся в пределах (0 ,б+О,8) г .

Лопатки, построенные описанным способом, в технологиче­ ском отношении просты, поскольку контур лопатки является сопряжением дуг окружностей и прямых линий.

Хорошие результаты с точки зрения получения минималь­ ных потерь достигаются тогда, когда кривизна контура ло­ патки меняется непрерывно. Поэтому в большинстве случаев выпуклая сторона профиля очерчивается по дуге параболы, либо по дуге какой-нибудь другой кривой второго порядка или выше.

7\л приближенной оценки коэффициентов скорости ( р и ф решеток таких профилей можно пользоваться оервдяенныыи данными, представленными на графиках Хрис. зо).

§ 3. Порядок расчета одноступенчатой турбины

Тепловой расчет одноступенчатой турбины можно условно разбить на два этапа: I) предварительный расчет и 2) де­ тальный расчет.

В процессе предварительного расчета производится обо­ снование и выбор числа оборотов турбины, предварительная оценка габаритов турбины, решение вопроса о необходимости и способе охлаждения рабочих лопаток и выбор профиля про­ точной части.

Число оборотов при определенной окружной скорости тесно ^вязано с габаритами турбины, прочностью облопатывания и, следовательно, со сроком службы его. Увеличение числа оборотов уменьшает поперечные размеры турбины и в то же время повышает напряжения в обдопатывании пропорционально квадрату числа.оборотов При наличии такой сложной взаимо­ связи числа оборотов с ..ругими характеристиками методиче­ ски более целесообразно выбор рационального значения

205

числа оборотов выделить в самостоятельный этап расчета. При этом не исключается и другой путь. А именно, прово­ дить детальный расчет, задавшись одним из значений числа оборотов (ориентировочно), и в конце расчета проверить допустимость работы турбины при принятом числе оборотов. Если по каким-либо причинам принятое число оборотов ока­ жется неприемлемым, то следует принять новое значение чис ла оборотов и расчет повторить.

При детальном расчете определяются параметры состояния и скорости газа по проточной части и за турбиной, размеры и профили сопловых и рабочих лопаток, параметры и харак­ теристики работы ступени или турбины. Предварительный рас чет должен предшествовать детальному.

Предварительный расчет. По известным параметрам газа определяется перепад тепла на турбину (рис. 77) по полным

учетом обеспечения заданного к .п .д . (в соответствии с формулами (3 .8 ), (8 .3 8 )), необходимых габаритов турбины и

напряжений в рабочих лопатках. Увеличение отношения по

нижает к.п.д. и уменьшает поперечные размеры турбины при

определенных значений, зависящих от положения турбины в процессе расширения (ТВД, ТСД, ТНД). Увеличение этого от­ ношения, например для ТНД сверх 3,40, практически не при­ водит к уменьшению габаритов турбины и напряжений в рабо­ чих лопатках, но существенно понижает к.п.д. турбины и

206

чаях, когда требуется получить минимальные радиальные раз меры турбины, можно допустить с2< (0 ,3 9 - 0,43) 0* .

По формуле (5 .5) находим значение

К*

‘ - ( З У

а затем и давление

В одноступенчатой турбине можно сработать перепад теп­ ла, раьный(2-3) I0J дж/кг.Однако при больших перепадах тепла нельзя получить высокие значения к .п .д . Поэтому ра­ циональными значениями перепадов тепла, срабатываемых в одной ступени, можно считать (1 ,3*2,0) I0 8 Дж/кг.

Согласно рекомендациям, изложенным выше, выбирается

и выбирается число оборотов. Задаваясь несколькими значе­

гее

Значение скорости с2 определяется по соотношению

Чтобы улучшить условия использования выходной энергии

впоследующих турбинах или устройствах и уменьшить потерй

впереходных или выхлопных патрубках или диффузорах, не­

обходимо обеспечить значение угла выхода потока газа из ступени л г в пределах от 80 до 90°. При высоких значениях

всегда удается, поэтому можно для турбин высокого давле­ ния угол а 2 допускать (выбирать) в пределах 65-90°.

Удельный объем газа на выходе из каналов рабочих лопа­ ток

209