2.5. Определение размеров и теплового перепада последней ступени турбины

Цилиндр высокого давления турбины будет выполняться с постоянным внутренним диаметром ступеней. Для этого достаточно спроектировать последнюю ступень турбины с таким расчётом, чтобы внутренний диаметр её был равен внутреннему диаметру первой ступени, т.е. из условия:

.

Для этого следует выбрать соответствующий тепловой перепад на последнюю ступень.

Эту задачу решаем графическим способом. Задаёмся рядом значений d_Z ( от d^I до 1,3d^I ), и для каждого варианта находим внутренний диаметр. Расчёт сводим в таблицу 2.

По данным таблицы 2 строим график (рис.3), по которому находим искомые тепловой перепад и диаметр последней ступени.

Таблица 2

№ п/п	Вели - чина	Размер - ность	Способ определения	I	II	III	IV
1	2	3	4	5	6	7	8
1	dz	м	задаётся	0,916	1,008	1,099	1,191
2	uz	м/с	uz = πdzn	143,81	158,26	172,54	186,99
3	xoz	-	задаётся равным	0,54	0,54	0,54	0,54
4		кДж/кг		35,46	42,95	51,05	59,95
5		-	задаётся равным ρI	0,1	0,1	0,1	0,1
6		кДж/кг		31,91	38,66	45,95	53,96

Таблица 2 (продолжение)

1	2	3	4	5	6	7	8
7	c1t	м/с		252,63	278,06	303,15	328,51
8		град	задаётся равным	12	12	12	12
9	V2Z	м3/кг	находится по h-s диаграмме, одинаков для всех вариантов	0,209	0,209	0,209	0,209
10		м		0,122	0,101	0,085	0,072
11		м		0,794	0,907	1,014	1,119

Как видно из графика (рис.3), средний диаметр последней ступени d_Z = 0,989 м, её тепловой перепад - кДж/кг.

2.6. Определение числа нерегулируемых ступеней и распределение теплового перепада

Для определения числа, размеров ступеней и их тепловых перепадов производим следующее графическое построение.

Берём в качестве базы отрезок прямой длиной 200 мм (рис.4).

На концах этого отрезка в масштабе в качестве ординат откладываем диаметры первой и последней нерегулируемых ступеней. Соединяя концы этих отрезков, получаем линию предполагаемого изменения диаметров. При этом учитываем, что в ЦВД турбины пар расширяется незначительно, поэтому в качестве линии используем прямую.

На этом же графике наносим и кривую изменения х₀, причём значение этой величины для первой ступени ЦВД известны из ориентировочного расчёта этой ступени, а для последней ступени .

Полученные графики изменения диаметров и х₀ позволяют нанести кривую изменения тепловых перепадов.

Для этого в шести точках по длине базы определяем значения d и х₀, и для этих величин определяем тепловой перепад по формуле:

.

Например, для первой точки (d = 0,916 м):

кДж/кг.

Найденные тепловые перепады наносим в определённом масштабе на график (рис.4), и полученные точки соединяем плавной кривой.

Средняя ордината под кривой будет являться средним тепловым перепадом, приходящимся на одну нерегулируемую ступень.

кДж/кг,

где m – число отрезков, на которые разделена база.

По среднему тепловому перепаду определяем число нерегулируемых ступеней:

Для определения коэффициента возврата теплоты воспользуемся формулой Флюгеля:

,

где - внутренний относительный КПД ЦВД турбины, полученный из ориентировочного расчёта;

- располагаемый теплоперепад нерегулируемых ступеней;

z – число ступеней турбины, полученное из графика (рис.2) при определении размеров первой нерегулируемой ступени;

k – коэффициент, зависящий от состояния пара; так как весь процесс расширения происходит в области перегретого пара k = 4,8 ∙ 10^-4.

Таким образом,

Уточняем коэффициент возврата теплоты:

Далее производим деление базы на z – 1 равных отрезков. На границах отрезков наносим номера ступеней, и из этих точек восстанавливаем перпендикуляры до пересечения с линиями диаметров и теплоперепадов. Результаты заносим в таблицу 3.

Таблица 3

№ ступени	Диаметр ступени	h0 по графику	- - поправка	Корректированная величина h0	Степень реакции	Угол α1Э
1	0,916	35,39	0,22	35,61	0,1	12
2	0,923	35,94	0,23	36,17
3	0,929	36,45	0,23	36,68
4	0,936	36,95	0,23	37,18
5	0,943	37,46	0,24	37,7
6	0,949	38	0,24	38,24
7	0,956	38,55	0,24	38,79
8	0,963	39,09	0,25	39,34
9	0,969	39,6	0,25	39,85
10	0,976	40,13	0,25	40,38
11	0,982	40,69	0,26	40,95
12	0,989	41,26	0,26	41,52
Σ		459,51	2,9	462,41

Определяем невязку:

кДж/кг.

Так как невязка имеет положительное значение, величину прибавляем к тепловым перепадам всех ступеней. После корректировки тепловых перепадов уточнённые перепады также заносим в таблицу 3.