2Расчёт проточной части турбины на номинальном режиме

2.1 Выбор основных параметров установки

Число ступеней в турбине выбирается таким, чтобы рационально сработать перепад энтальпий в турбине. С одной стороны, не должны превышаться допустимые ограничения по окружным скоростям, а с другой, число ступеней не должно существенно увеличивать стоимость установки. Конструктивное исполнение установки ГТН-27,6аналогично конструктивному исполнению прототипаГТН – 25 АОТМЗ(рисунок2). Учтя все вышесказанное, была выбрана схема 2+2: 2 ступени в ТВД и 2 ступени в ТНД.

Расходная составляющая скорости потока с_zпринята равной 220 м/с – одной и той же для ТВД и ТНД.

Коэффициент возврата тепла проектируемой турбины определяется по выражению

где z= 4 – число ступеней,

α_∞= 1,03 [2, с. 36]

Полный изоэнтропийный перепад энтальпий с учётом коэффициента возврата тепла α_z

H_о= α_z·H_то= 1,0225·757,180 = 774,217 кДж/кг.

Ометаемая площадь рабочих лопаток последней ступени газовой турбины

где G_гТНД= = 114,82 + 117,760,07 = 123,063 кг/с – расход газа через ТНД(будет больше расхода газа через ТВД на величину расхода воздуха на охлаждение ТВД, который возвращается в проточную часть турбины перед ступенью ТНД);

м³/кг – удельный объём газа за турбиной.

С целью уменьшения потерь с выходной скоростью за турбиной устанавливается осерадиальный диффузор с к.п.д. η_д= 0,7 и степенью диффузорностиn = F_д/S_z = 2,0. При этом скорость потока газа за диффузоромc_д=c_z/n = 220/2,0 = 110 м/с. При установке за последней ступенью турбины диффузора удельный объём газа за рабочими лопатками последней ступени станет больше удельного объёма газа за диффузором вследствие понижения давления перед диффузоромp_zпо сравнению с величинойp_IIза диффузором (рисунок 3).

Изоэнтропийный перепад энтальпий в диффузоре

Дж/кг.

рис. 2. ГТ-6-750

Рисунок 2 – Процесс расширения газа в турбине с диффузором за последней ступенью

(i=[кДж/кг]; p=[кПа])

Потери энергии в диффузоре

Дж/кг = 5,445 кДж/кг.

Потери энергии с выходной скоростью за диффузором

Дж/кг = 6,050 кДж/кг.

Температура газа в точке В’

Температура газа за последней ступенью в точке B

.

Давление газа перед диффузором

где иkвзят пои α = 3,2 [5, прил. 1, рис. 2].

Удельный объём газа за последней ступенью

м³/кг.

Уточнённое значение ометаемой площади

Перепад энтальпий, соответствующий расходной составляющей скорости потока за последней ступенью турбины

Дж/кг.

2.2 Распределение теплоперепадов по ступеням и расчёт диаграммы состояния рабочего тела

Поскольку расширение газа в турбине происходит до давления p_z<p_II, то перепад энтальпий в турбинеH₀возрастёт на величину изоэнтропийного перепада энтальпий в диффузореh_д

α_z·Н_от^*= α_z·H_от+h= 1,0225·757,18 + 12,705 = 786,922 кДж/кг.

Перепад энтальпий в ТВД

Располагаемый перепад энтальпий на одну ступень в ТВД при равном распределении его по ступеням

Полный перепад энтальпий на каждую ступень ТВД в предположении полного использования выходной кинетической энергии газа из предыдущей ступени

Перепад энтальпий в ТНД

Располагаемый перепад энтальпий на одну ступень в ТНД при равном распределении его по ступеням

Полный перепад энтальпий на первую ступень ТНД в предположении, что 90 % используется выходной кинетической энергии газа из предыдущей ступени:

Полный перепад энтальпий на вторую ступень ТНД

Диаграмма состояния газа рассчитана и построена в предположении расширения газа от полных параметров перед турбиной до давления за последней ступенью p_z (рисунок 3). При этом принято Т_z= 824,965 К; Т₁^*= 1383 К; η_пол= 0,87; число участков диаграммыn= 6 (для обеспечения точности расчётов). Давление, удельный объём и перепад энтальпий на участках определены по формулам:

Результаты расчётов представлены в таблице 1. На диаграмме состояния газа (рисунок 4) показано распределение перепадов энтальпий по ступеням ТВД и ТНД и обозначены расчётные точки параметров газа перед и за ступенями, а также в осевых зазорах ступеней по среднему диаметру.

Таблица 1 – Параметры газа на политропе расширения А – В в турбине

Параметры газа	Обозначение параметра и размерность	Точки на политропе расширения
		А		1		2	3	4		5	В
Отношение температур		0,9175
Температура конца участка	Тх = а·Тх-1, К	1383	1268,89		1164,20		1068,14		980,01	899,15		824,97
Средняя температура участка	К	-	1325,95		1216,54		1116,17		1024,08	939,58		862,06
Разность температур на участке	Тх-1 - Тх, К	-	114,1		104,68		96,05		88,12	80,86		74,19
Средняя теплоёмкость участка (по Тср)	cрср, кДж/кг	-	1,242		1,227		1,209		1,189	1,172		1,153
Показатели изоэнтропы (по Тср)	K	-	1,302		1,307		1,314		1,318	1,326		1,332
Давление в конце участка	pх, МПа	1,270	0,827		0,541		0,357		0,236	0,158		0,097
Удельный объём	υх, м3/кг	0,313	0,441		0,619		0,861		1,193	1,642		2,441
Перепад энтальпий на участке	h0x, кДж/кг	-	162,900		147,654		133,484		120,445	108,927		98,320

Т.к. , то процент расхождения

.

Рисунок 4 – Диаграмма состояния газа