книги из ГПНТБ / Ипатов Е.А. Теория и тепловые расчеты корабельных паровых и газовых турбин учебник

маемых в этой ступени больших скоростей, а следовательно, и

больших перепадов тепла. Обычно —j находится в пределах

0,5 -f- 0,6. При уменьшении окружной скорости иг по сравнению с

сообразно рассчитать ступень с наименьшим объемным расходом,

Тип I. D = const, DK= var, D„ = var. В этом случае легче осу­ ществлять плавные очертания меридионального сечения проточной части. Однако коническая форма ротора и статора при относитель­ ном осевом смещении их затрудняет надежное уплотнение ра­ диальных зазоров. Это обстоятельство заставляет коническую фор­

242

му заменять ступенчатой, что усложняет технологию изготовления турбины.

Рабочие лопатки могут быть выполнены с одинаковым профилем в корневой части. Это позволяет при благоприятных условиях (ма­ лый рост удельного объема по длине проточной части) выполнять формирование проточной части из одинаковых ступеней, произво­ дя лишь подрезку вершин лопаток. Недостатки, связанные с ко­

корпуса или обоймы удобна для отливки и обработки. Значитель­ но легче, чем в первых двух случаях, осуществлять и поддержи­ вать в эксплуатации хорошее уплотнение радиального зазора у вершин рабочих лопаток, так как осевые смещения ротора относи­ тельно статора не будут изменять величины этих зазоров. Кониче­ ская форма ротора усложняет технологию его изготовления и уп­ лотнение радиальных зазоров направляющих лопаток (если та­ ковые предусмотрены в конструкции проектируемой турбины).

Исходя из принятого типа меридионального сечения проточной

впроточнойчасти III Dl= D n—lP,—(Dz+ lPz)—/Pi. (IV-196)

Из этих выражений следует, что, если меридиональное сечение проточной части принято типа II или III для определения диа­ метра Dь необходимо знать величину высоты лопатки первой сту­

*P l

мо также при выборе степени реактивности в ступени. Поэтому расчет первой ступени целесообразно производить путем последо­ вательных приближений, сначала задаваясь длиной лопатки /р,, а затем получая ее расчетом, исходя из выбранных параметров ступени.

Таким образом, расчет первой ступени можно производить в следующем порядке:

для однокорпусного агрегата h = 40-н- 50 (после определения lPt эта величина уточняется).

243

б) По формулам (IV-194), (IV-195), (IV1-196), которые можно переписать также в следующем виде:

для I D1= DZ\

и подсчитываются абсолютные и- относительные скорости пара:

рис. II-7).

Gv2,

e) Определяется высота лопатки lp, и X! viD]W2i sin p2,

= -A4-, где удельный объем пара при выходе с рабочих лопаток j

^О.

244

V2, в этом случае можно снять с диаграммы i — s, отложив от точ­ ки пересечения приближенной линии процесса в группе с изобарой

/?2, (рис. IV-10) выходную энергию q3l =

В общем случае полученное значение Я] не будет равно приня­ той в начале расчета первой ступени величине Я], и расчет необхо­ димо будет повторить при новом значении Ях. Так как при значениях Я > 2 0 минимальная реактивность на среднем диаметре при изменении Я практически остается неизменной, при £>i = Dz =

— const в большинстве случаев необходимость последовательных приближений при расчете первой ступени отпадает.

Рис. IV-'.O. К определению удельного объема пара при выходе с рабочих лопа­ ток I-й ступени

ж) По найденным величинам Я1 и их с графиков на рис. IV-2, IV-3, IV-4 определяется ориентировочная длина первой ступени

L ст,•

Произведенный расчет первой и последней ступеней позволяет перейти к определению числа ступеней, распределению между ними перепада тепла и к определению режимных и некоторых геометрических параметров этих ступеней.

Средний изоэнтропийный перепад тепла в одной ступени данной группы равен

^аср ~ ]/Г^®1^агI

245

а ч и с л о с т у п е н е й

тым вводятся необходимые коррективы. Подсчитанное по формуле (IV-199) число ступеней в общем случае не является целым чис­ лом и должно быть округлено до ближайшего целого числа z.

Чтобы определить основные размеры всех ступеней данной группы, целесообразно построить в первом приближении профиль проточной части группы. Для этого определяется средняя длина ступени в группе

диаметров от Di до Dz (при D = var). При этом необходимо иметь в виду, что это изменение должно быть плавным по всей длине проточной части и должно быть более резко выраженным (более крутым) у последних ступеней рассчитываемой группы в соответ­ ствии с изменением удельных объемов по длине проточной части. Однако для обеспечения безотрывного течения в проточной части желательно, чтобы угол наклона к оси турбины линии, характери­ зующей изменение длин лопаток (угол у на рис. IV-II) не превы­ шал 20 ч - 25° (30°).

После построения очертания проточной части можно отложить

246

ся, небольшие коррективы в ранее найденную величину длины про­ точной части.

Таким образом, в результате проделанного построения профи­ ля проточной части рассчитываемой группы ступеней определяют­ ся следующие величины: ' •

I ■

Рис. IV-11. К построению профиля проточной части, работающей в обла­ сти быстрого роста удельного объема

до падов тепла в них целесообразно построить вспомогательный гра­

фик в виде двух кривых си = f\(z) и q3 = / 2(2). При построении этого графика видом кривых можно задаваться в соответствии с формой профиля проточной части группы. Порядок построения графика виден из рис. IV-12.

247

и

чаются величины---- в ступенях:

1

Рис. IV-12. Приближенное определение

значений этих величин для первой, по­ следней и предпоследней ступеней

и определяются величины располагаемых теплоперепадов в ступе­ нях:

2

248

Определятся также соответствующие величины изоэнтропийных перепадов тепла в ступенях:

А«. = К, - ?■.. К = К, - я* и т- д-

Сумма полученных величин изоэнтропийных теплоперепадов (Аа, + Ааа + . . . + Aaj должна равняться величине RHa. Если

это равенство не соблюдается, следует внести некоторые коррек­

тивы в принятые величины - и, следовательно, ha, чтобы обес­ печить указанное равенство. с°

Изложенный предварительный расчет группы турбинных ступе­ ней, работающих в области быстрого роста удельного объема пара, позволяет уверенно производить последующий детальный расчет ступеней и не опасаться, что дальнейшие расчеты могут привести к неконструктивным размерам отдельных ступеней или проточной части группы в целом. Кроме того, найденные в пред­ варительном расчете основные размеры проточной части группы вместе с размерами других групп ступеней (если таковые имеют­ ся в турбине) позволяют ориентировочно определять габариты и вес проектируемой турбины.

Иногда появляется необходимость еще в предварительном расчете произвести проверку возможности обеспечения заданного к. п. д. рассчитываемой группы ступеней. В этом случае можно воспользоваться формулой (11-122), выражающей зависимость между к. п. д. многоступенчатой группы ступеней и средним к. п. д. одной ступени:

^ = ( Я - С агН т - Q ,

где

Z Z

2 q*i

COS a lm V 1 — рга

т

249

Индекс т означает, что значения этих величин являются сред­

а

тывать как внутренние потери, так и потери в зазорах и может приниматься в пределах Q = 0,04 ч- 0,05.

Если найденное по формуле (П-122) значение к. п. д. группы равно или больше заданного значения, имеется гарантия, что в по­ следующем детальном расчете затруднений с получением задан­ ного к. п.д. и мощности в данной группе ступеней не будет. В про­ тивном случае такой гарантии ожидать нельзя. Факт получения по формуле (П-122) к. п.д. меньше заданной величины говорит о том, что задано слишком высокое значение к. п.д. группы^ и его невозможно обеспечить, либо параметры ступеней, принятые в предварительном расчете группы, отличаются от оптимальных. В последнем случае имеется возможность, пересмотрев предвари­ тельный расчет, внести соответствующие коррективы. Например,

а

если отношения ---- в некоторых ступенях приняты меньше опти-

со

мальных значений, то можно путем увеличения числа ступеней и

и

уменьшения в них теплоперепадов увеличить ---- в тех ступенях,

со

где это требуется, доведя их до оптимальных значений. Тем са­ мым общий к. п.д. группы повысится.

§ 3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ГРУПП СТУПЕНЕЙ, РАБОТАЮЩИХ

ВОБЛАСТИ ПЛАВНОГО РОСТА УДЕЛЬНОГО ОБЪЕМА РАБОЧЕГО ТЕЛА

Ктаким группам можно отнести нерегулируемые (всережимные) ступени, в корпусе высокого давления парового ТЗА,ступени малого хода расположенные там же, а также ступени многоступен­ чатой газовой турбины. В корабельных агрегатах эти группы вы­

полняются обычно из небольшого числа ступеней. Поэтому при небольшом изменении объемного расхода от ступени к ступени сравнительно легко получить у них плавные очертания проточной части. При этом основные параметры ступеней можно принимать одинаковыми или мало изменяющимися вдоль проточной части группы.

Расчет, как и в предыдущем случае, целесообразно начинать с определения основных размеров последней ступени в группе. Для

250

этого выбирается средний диаметр этой ступени Dz и определяет­ ся соответствующая величина окружной скорости

Величина диаметра Dz назначается, из конструктивных сообра­ жений согласованно с размерами других ступеней, имеющихся в корпусе турбины, или с размерами других элементов установки. Так, например, в ТВД парового ТЗА диаметр последней ступени принимается приблизительно равным диаметру регулировочного колеса. В газовой турбине, если она находится на одном валу с компрессором, средний диаметр последней ступени принимается приблизительно равным среднему диаметру первой ступени ком­ прессора и т. д.

Окружная скорость uz, как уже было сказано в предыдущем параграфе, не должна превышать 300 м/сек. Следующей задачей

будет являться выбор степени реактивности pz и отношения / —

рис. 11-20} остается приблизительно неизменной и равной в преде­ лах 5—10%'. Поэтому, рассчитывая группу ступеней паровой ТВД, величину реактивности на среднем диаметре в последней ступени можно принимать равной 0.05-^0.10 не опасаясь, что у корня ло­ патки она может достигнуть отрицательного значения.

В газовых турбинах главной ГТУ имеют место сравнительно большие объемные расходы газа, при которых длины лопаток по­

лучаются также достаточно большими, а отношение Х= у значи­

тельно уменьшается и находится обычно в пределах 5-ь- 10. Как видно из рис. 11-20, небольшое изменение X в этих пределах значи­ тельно изменяет величину минимальной реактивности на среднем диаметре. Поэтому, выбирая степень реактивности в последней ступени газовой турбины, необходимо иметь значение Х7 в этой ступени. Так как это значение будет известно только после опре­ деления длины лопатки, что является конечной целью расчета по­ следней ступени, расчет ступени в этом случае приходится произ­

* Число оборотов п обычно известно из расчета регулировочной ступени в паровом ТЗА или из расчета цикла в ГТУ. Если п не задано, принимается ве­ личина иг и число оборотов определяется.

251