книги / Методика расчета многоступенчатой газовой турбины
..pdfПЕРМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Ронзин В. Д., Генкин Э. Л., Агапов Г. А.
МЕТОДИКА Р А С Ч Е Т А МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ Г А З О В О Й Т У Р Б И Н Ы
Пермь 1970
Предлагаемая методика составлена для выполнения предварительного расчета многоступенчатой газовой турби ны при курсовом и дипломном проектировании. Расчет турби ны по этой методике можно проводить как на логарифмичес кой линейке, арифмометре, полуавтомате, так и с использо ванием электронной цифровой вычислительной машины (ЭЦВМ). Программой расчета турбины на машине предусмотрен выбор числа ступеней и распределение между ними теплового пере пада, учет влияния геометрических углов на профильные по тери в рабочих лопатках, обеспечение заданной степени реактивности у корня лопаток, заданной скорости и направ ления газа на выходе иэ турбины. В расчете ориентировочно проверяется на прочность рабочая лопатка с учетом темпера туры, производится выбор проточной части. На печать выда ется несколько вариантов, удовлетворяющих всем заданным на расчет турбины требованиям. Графические зависимости, используемые в расчете, взяты из работы [1] , апроксимированы полиномами третьей степени по методу наименьших квад ратов и введены в программу машины [2\. Эти графические зависимости приведены в методике и могут быть использова ны для контроля расчета турбины на ЭЦВМ.
При составлении методики использован опыт курсового и дипломного проектирования в Московском авиационном институте [1] .
Для удобства пользования методикой приведен числен ный пример расчета двухвальной трехступенчатой турбины.
|
|
РАСЧЕТ ТУРБИНЫ ПО СРЕДНЕМУ ДИАМЕТРУ |
|
|
|
1 . Исходные данные |
|
Т0 |
- |
температура торможения газа |
перед турбиной, град, абс. ; |
!Ju* |
- |
полное давление газа перед |
турбиной, кг/см2; |
G, |
- |
расход газа через турбину, кг/сек; |
|
//* |
- |
теплоперепад на турбине по параметрам торможения, |
|
К'} |
- |
степень расширения в турбине; |
|
п- обороты ротора турбины, об/мин;
'DHUp- наружный диаметр на выходе из турбины, м;.
ХСг - приведенная абсолютная скорость на выходе ив турбины.
При расчете двухвальной турбины задаются для второй турбины:
Нт |
т п Dfup и Ясz |
2. |
Предварительный расчет |
Б предварительном расчете определяются основные размеры пос ледней ступени турбины и выбирается число ступеней.
1. Внутренняя работа турбины
*
Hr
А
2 . Теоретическая работа турбины
*L*
Ти
Коэффициент потерь в заворе и потери от парного вихря прини маем ориентировочно во всех ступенях = 0,97.
3. Полное давление газа на выходе из турбины
*р*
R°
г:
4. Температура торможения на выходе из турбины
|
|
|
|
т' _ |
т* |
л |
' |
'-7 |
|
|
|
|
|
|
— 'о |
Т |
------ г - |
|
|
||
Принимаем |
«= 1 ,3 3 |
и |
|
=29,4 |
|
|
|
|||
|
5. |
Площадь |
кольцевого сечения на выходе из турбины |
|||||||
|
|
|
F* = |
|
^ ЛГ |
|
|
|
||
|
|
|
|
> • 4 ) m'SiHcki Н1'' |
|
|
||||
где |
|
|
щ = / |
|
|
1 |
|
|
||
|
|
|
|
У? |
|
|
||||
при |
к - 1,33 |
и |
/? = 29,4 |
|
|
/я =0,388 |
сХ2 =85°. |
|||
|
6. |
Статическое |
давление |
на выходе |
из турбины |
|||||
|
|
|
|
Р ^ Р ,'П (А Сг) |
|
|
|
|||
|
7, |
|
Адиабатическая |
скорость |
газа, |
эквивалентная |
||||
статическому |
теплоперепаду на турбине |
|
|
|||||||
|
|
( |
|
С, = |
'V „ ЯГ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где |
-V^ |
* ;/7, |
|
о * |
|
^А/\; |
1Q |
|
||
|
|
Относительный диаметр втулки последней ступени |
||||||||
турбины |
|
- |
|
/\; |
ц |
|
^ |
|
|
|
|
|
|
•(v______ __ |
|
|
|
||||
У* ' ’1 ,
9 . Относительная высота лопатки на выходе из турбины
А-p |
/ + |
' |
/ - й |
В последней |
ступени |
ЛС2 |
и |
ВНоР следует выбирать |
|
так, чтобк* |
в > 3 |
,5 . |
|
|
|
10. |
Средний диаметр |
Q |
|
|
|
|
|
^ СР ~ |
1 + 9 |
^ |
Н0Р |
В двухвальной турбине необходимо сравнить средние
диаметры обеих турбин. При значительной разнице Т)ср нужно в исходных данных изменить ЯС2 или D нар . В методике принят Ъср= co n st
11. Высота лопатки последней ступени
|
|
h — ^ ср |
|
|
|
||
12. Окружная скорость |
на среднем диаметре |
|
|||||
|
|
|
JCDcp п |
|
|
||
|
|
ср" |
60 |
|
|
|
|
13. |
Растягивающие напряжения в лопатках последней |
||||||
ступени |
|
€>р= 0 }75Ю |
ri'F R |
|
|
||
|
|
|
|
||||
14. |
Температура торможения газа на среднем диаметре |
||||||
лопаток последней ступени |
|
2 |
|
|
|||
|
|
Tw= 7 ,% ~h 2 |
|
|
|||
|
|
UcP |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
15. Температура |
рабочей |
лопатки у |
корня |
|
|||
|
|
~1~л. к о р н я |
^ |
T W1 |
|
|
|
где £ - |
коэффициент, |
учитывающий отвод |
тепла от |
лопатки |
|||
в диск |
( |
6 = 0,95 |
). |
|
|
|
|
16. |
|
Предел длительной прочности <э,00 (100-часовой) |
|||||
жаропрочной |
стали для лопаток |
турбин при высоких |
темпера |
||||
турах определяется по таблицам или графикам для выбранной марки материала лопаток. Для приближенных'расчетов можно пользоваться зависимостью на рис. 1.
Pfcc.l. Предел длительной прочности (100-часовой) жаропрочной стали для лопаток турбин при высоких
температурах
17. Коэффициент запаса прочности
При Кер < 1 ,5 нужно увеличить XCz или уменьшить п
и повторить расчет.
Если скорость на выходе из турбины увеличена до
предельного значения XCz = ^ с 2rr1ax = 0,75 и при этом
коэффициент запаса прочности кер < 1 ,5 , необходимо
ввести охлаждение лопаток. Если вапас прочности значи-
тельно выше 1 ,5 , то оледует уменьшить АСг (т .е . увеличишь
Если принятое |
значение f c p иеныге определенного |
по ри с.2, |
то у корня лопатки появится отрицательная реактивность. |
||
В этой случае |
нужно увеличить ^ Г/Р |
|
Расчет каадой ступени выполняется для нескольких зна |
||
чений угла выхода rasa из соплового аппарата d 1 ( |
=20°). |
|
Выбор наилучшего варианта производится после аналива полу ченных результатов.
1.Окружные составляющие абсолютных скоростей газа в
осевом зазоре и за ступенью |
|
|
|
|
|
^1и + С2U |
Llu f |
|
|
||
2 |
|
|
|
|
|
|
— Uср(1 |
pepJ |
|
|
|
Решая данную систему уравнений, находим значения С1и |
|||||
и С2и |
|
|
|
|
|
2. Абсолютная скорость газа |
в осевом |
зазоре |
|
||
с |
= - ° 1— |
|
|
|
|
L1 |
Саво(1 |
|
|
|
|
При расчете ступеней угол |
сх, |
увеличивается о* |
о т у п ей |
||
к ступени. Максимальное |
значение угла |
ограничено |
углом |
||
3 . Осевая составляющая абсолютной скорости газа в
осевом зазоре
C1q= С1 Sino{1
4. Коэффициент абсолютной скорости rasa в осевом за
зоре |
|
S |
°*р0- |
|
/г г |
|
|
|
'Ц —0кр^ |
is, 13у т0 |
|
||
Здесь |
т* |
_ |
|
|
_ |
следующих сту |
10 - дня |
первой ступени турбина. Для |
|||||
пеней |
температура торможения |
гава |
на входе |
Т0* равна тем |
||
пературе торможения rasa на выходе |
на предыдущей ступени, |
|||||
т .е . |
|
‘ = т * |
|
|
|
|
|
5. Коэффициент полного |
давления в |
сопловом аппарате |
|||
где |
|
"С, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
_ |
. (П_ |
|
|
|
|
|
|
?=0,91 |
|
|
|
|
6 . Полное давление rasa |
в осевом |
sasope |
|||
|
|
i - p o |
б с |
|
|
|
|
7. Площадь кольцевого сечения проточной части на вхо |
|||||
де в |
рабочее колесо |
|
|
|
|
|
рGr{TT
1 |
fc, rn <Sia d 1 /О4 |
11.Коэффициент окружной скорости на средней диаметре
U,СР
“кро
12.Температура торможения гаеа перед рабочей лопат
кой |
Ii = T o l , + 7 тт(2к *с, ^ V A 2)] |
|
|
13. |
Коэффициент относительной скорости гаэа на входе |
в рабочие |
лопатки |
^W — "n ' J ГАЕ °кр1 « 1 « Л Г 7 Кр 1
14.Полное давление гава, ватормохеиного по относи тельной скорости на входе в рабочие лопатки
|
|
р* =р* |
Пс< |
|
г* £ |
H w - f f l w J |
|
|||
|
|
' . |
» 1 |
п |
|
; |
|
|||
|
|
rWм |
го |
|
|
|||||
|
|
7 |
|
''у*/, |
|
|
|
|
|
|
|
15. |
|
Осевая |
скорость |
газа и угол выхода его из рабо |
|||||
чего |
колеса |
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
■'fа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
fcp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
’6(2 |
|
|
с2„ определяется методом последовательных приближений. |
||||||||||
Значением угла |
с{9. сначала |
задаются, |
а затем |
его проверяют |
||||||
по уравнению. |
|
|
|
|
|
|
ОГ Ж |
" < -90° |
||
При |
С2и > 0 |
и d 2 < 90 |
|
|
|
|
||||
|
|
, |
Соа |
|
|
|
|
\См>0 |
||
|
oi2 = cnctq 7 ;— |
|
|
|
|
|
/ t |
|
||
|
|
О L 2 U- |
|
|
|
|
oS>90° |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
О |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
При |
С2„< 0 |
и d P > 9 0 ’ |
|
|
|
/ |
|
|||
|
|
|
Су |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
| |
|
<*2=90+)[,