Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (бывш. СПбГПУ)

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Шеметов А.А / диплом.doc

Скачиваний:

112

Добавлен:

23.05.2015

Размер:

4.25 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 103 4 5 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

4. Газодинамический расчет двигателя.

4.1. Газодинамический расчет осевого компрессора.

Компрессорами называют машины, предназначенные для повышения давления и перемещения различных газов. Повышение давления газа в компрессорах происходит в результате преобразования механической энергии двигателя в энергию газа.

Сжатие газа путем сближения его молекул динамическим способом вследствие силового взаимодействия вращающейся решетки лопаток с потоком газа является основным принципом работы турбокомпрессорных машин. Характерным для этих машин является непрерывный поток газа и непрерывность происходящего в них процесса сжатия.

Многоступенчатый осевой компрессор, представленный в дипломном проекте, состоит из: входного патрубка, включающего в себя входной спрямляющий аппарата; группы ступеней; спрямляющего аппарата и диффузора. Схема проточной части осевого компрессора представлена на рис.4.1.

Рис. 4.1. Схема проточной части осевого компрессора.

Входной патрубок служит для равномерного подвода газа из подводящего трубопровода.

Входной направляющий аппарат создает заданное поле скоростей перед первой ступенью. В ступенях газ сжимается за счет подводимой механической энергии. Спрямляющий аппарат служит для придания газу на входе в диффузор осевого направления и для сжатия газа. В диффузоре газ продолжает сжиматься за счет понижения его кинетической энергии.

При приближенном расчете осевого компрессора основными расчетными сечениями являются: сечение на входе в первую ступень, сечение на выходе из последней ступени.

По заданным параметрам и условиям производится приближенный расчет параметров перед первой и за последней ступенью. При этом учитывается лишь уменьшение полного давления во входном патрубке. Расчет осевого компрессора произведем по методике, представленной в [2].

Исходные данные:

При расчете входа учтем потери по тракту на участке от сечения перед

входом в компрессор а-а до сечения перед ступенью 1-1.

Выбираем коэффициент потерь:

Зададим осевую скорость в сечении 1-1:

Ориентировочно принимаем:

Находим давление в сечении 1-1:

Температура в сечении 1-1:

Удельный вес воздуха в сечении 1-1:

Определим параметры за последней ступенью.

Производим предварительный расчет диффузора. Для этого найдем,

прежде всего, параметры за диффузором (на выходе из компрессора).

Давление за диффузором:

Примем предварительно адиабатический к.п.д. компрессора по полным

параметрам между атмосферными условиями и сечением за

компрессором:

Полная температура в конце адиабатического сжатия за компрессором:

Действительная температура за компрессором:

Задаемся скоростями на входе в диффузор С₂ = 150 м/с, на выходе из

диффузора С_к = 80 м/с. Коэффициент полезного действия диффузора

принимаем

Статические параметры на выходе из компрессора (за диффузором):

Определим статические параметры воздуха перед диффузором

(спрямляющий аппарат отнесем к диффузору):

Здесь принято:

Тогда:

Полные параметры воздуха:

Адиабатический напор по статическим параметрам между сечениями

1-1 и 2-2:

Зададимся значением окружной скорости на внешнем диаметре, а

так же втулочным отношением таким образом, что бы скорость

вращения ротора совпала с требуемым значением:

Определим приближенно площадь проходного сечения на входе в

первую ступень:

Тогда

Длина лопатки:

Скорость вращения:

Окружная скорость на среднем диаметре:

Коэффициент расхода:

В настоящем варианте величина:

Найдем путем подбора величину относительного шага t/b, по методике

[2], стр. 342.

В результате находим:

Скорость звука:

Тогда задаваясь:

Найдем теоретический напор в первой ступени:

Примем к.п.д. ступени и к.п.д. проточной части по рекомендациям из

[2] 0,91 и 0,87 соответственно.

Адиабатический напор, подлежащий распределению по ступеням,

находим по формуле:

Распределение напора между ступенями представлено на рис.4.2.

Рис. 4.2. Распределение напора между ступенями осевого компрессора.

Поступенчатый расчет компрессора выполнен по методике [2], стр.

345. Результаты расчета сведены в табл.4.1.

Таблица 4.1

величина	размерность	ступени
величина	размерность	1	2	3	4	5	6
c_z	м/с	170	170	170	170	170	170
c_z²/2	Дж/кг	14450	14450	14450	14450	14450	14450
∆c_z²/2	Дж/кг	0	0	0	0	0	338
h₀	Дж/кг	26600	28500	32000	33000	33000	33000
h_ад	Дж/кг	26600	28500	32000	33000	33000	33338
η_ад	-	0,89	0,89	0,89	0,89	0,89	0,89
h	Дж/кг	29888	32022	35955	37079	37079	37079
h_с	Дж/кг	29888	32022	35955	37079	37079	37417
∆T	град. абс.	29,7	31,8	35,8	36,9	36,9	37,0
T_i	град. абс.	269	298,7	330,6	366,3	403,2	440,1
ε_i	-	1,389	1,373	1,379	1,350	1,315	1,288
p_i	МПа	0,0794	0,1102	0,1514	0,2088	0,2819	0,3708
ρ_i	кг/м³	1,027	1,284	1,594	1,984	2,434	2,932
F_i	м²	0,5762	0,4608	0,3713	0,2983	0,2431	0,2018
l	мм	280,4	224,3	180,7	145,2	118,3	98,2
D_нар	м	0,934	0,878	0,835	0,799	0,772	0,752
D_вт	м	0,374	0,430	0,473	0,509	0,536	0,556
χ	-	1	0,98	0,98	0,98	0,98	0,98
u	м/с	255,3	255,3	255,3	255,3	255,3	255,3
∆c_u	м/с	117,1	128,0	143,7	148,2	148,2	148,2
c_u1	м/с	69,1	63,6	55,8	53,5	53,5	53,5
c₁	м/с	183,5	181,5	178,9	178,2	178,2	178,2

Продолжение табл. 4.1

величина	размерность	ступени						за 12 ступенью
величина	размерность	7	8	9	10	11	12	за 12 ступенью
c_z	м/с	168	166	164	161	158	154	150
c_z²/2	Дж/кг	14112	13778	13448	12961	12482	11858	11,25
∆c_z²/2	Дж/кг	334	330	488	479	624	608	-
h₀	Дж/кг	33000	33000	33000	33000	32000	31600	-
h_ад	Дж/кг	33334	33330	33488	33479	32624	32208	-
η_ад	-	0,89	0,89	0,89	0,89	0,89	0,89	-
h	Дж/кг	37079	37079	37079	37079	35955	35506	-
h_с	Дж/кг	37413	37409	37566	37557	36579	36114	-
∆T	град. абс.	37,2	37,2	37,4	37,3	36,4	35,9	-
T_i	град. абс.	477,3	514,5	551,7	589,1	626,4	662,8	698,7
ε_i	-	1,265	1,244	1,228	1,212	1,193	1,180	-
p_i	МПа	0,4781	0,6047	0,7524	0,9238	1,1198	1,3363	1,5763
ρ_i	кг/м³	3,486	4,091	4,747	5,458	6,222	7,018	7,852
F_i	м²	0,1718	0,1481	0,1292	0,1145	0,1023	0,0931	0,0854
l	мм	83,6	72,1	62,9	55,7	49,8	45,3	41,6
D_нар	м	0,738	0,726	0,717	0,710	0,704	0,699	0,696
D_вт	м	0,570	0,582	0,591	0,598	0,604	0,609	0,612
χ	-	0,98	0,98	0,97	0,97	0,97	0,97	-
u	м/с	255,3	255,3	255,3	255,3	255,3	255,3	-
∆c_u	м/с	148,2	148,2	149,7	149,7	145,2	143,4	-
c_u1	м/с	53,5	53,5	52,8	52,8	55,0	56,0
c₁	м/с	176,3	174,4	172,3	169,4	167,3	163,8	163,8

Произведем расчет спрямляющего аппарата.

Параметры на входе в спрямляющий аппарат:

Примем скорость за спрямляющим аппаратом С₃ = 150 м/с.

Выберем к.п.д. спрямляющего аппарата η_са = 0,8.

Тогда:

В начале расчета мы задались скоростью на выходе из диффузора и

к.п.д. диффузора, используя эти значения, получим:

Полные параметры за компрессором:

Параметры на входе в первую ступень:

Параметры на входе в компрессор:

Общая степень сжатия компрессора:

Адиабатический напор компрессора по полным параметрам:

Адиабатическая разность температур в компрессоре:

Действительное повышение температуры в компрессоре:

Адиабатический к.п.д. компрессора:

Задаемся механическим к.п.д. η_mex = 0,97; предполагая, что он

учитывает также дисковые потери и утечки воздуха через внешние

уплотнения.

Тогда к.п.д. компрессора:

Мощность, необходимая для привода компрессора:

Параметры, полученные в результате расчета, далее уточняться не

будут.

4.2. Газодинамический расчет турбины компрессора.

4.2.1. Предварительный газодинамический расчет турбины компрессора.

Согласно схеме, в дипломном проекте рассчитывается двухступенчатая турбина компрессора и двухступенчатая свободная турбина. Вал турбины компрессора не связан с валом силовой турбины.

Поскольку выходные параметры из турбины компрессора используются как входные параметры для свободной турбины, то начнем проектирование с турбины компрессора.

Турбина компрессора работает при высоких уровнях температур газа. Температура газа перед турбиной, согласно заданию на дипломный проект, составляет 1473К. С целью обеспечения работоспособности турбины и установки в целом, применим охлаждение наиболее нагреваемых деталей турбины. Здесь речь идет о сопловых лопатках, рабочих лопатках, дисках, вставках над рабочими лопатками.

Для определения объемов охлаждающего воздуха, необходимо знать температуры и материалы наиболее нагреваемых деталей турбины. С этой целью проведем расчет турбины компрессора без охлаждения. Для нахождения температур используем программу «Opti». Вводимые параметры должны обеспечивать максимально возможный к.п.д., при этом мощность турбины должна соответствовать мощности компрессора с учетом механических потерь. Так как в дальнейшем будет проводиться перерасчет с учетом охлаждения, то мощность турбины, получаемая в результате расчета без охлаждения, должна иметь небольшой запас мощности, т.к. охлаждение снижает к.п.д. турбины.

Величину расхода газа на входе в турбину примем из вариантного расчета ГТУ, разд. 3.

Вводимые значения, а также результаты расчета представлены в табл. 4.2.1.

Таблица 4.2.1.

1.Чиcлo cтyпeнeй тypбины 2

2.Чacтoтa вpaщeния poтopa 7455. oб/мин

3.Дaвлeниe гaзa зa тypбинoй 410000. Пa

4.К-т избыткa вoздyxa в кaмepe cгopaния 2.900

5.Дaвлeниe тopмoжeния пepeд тypбинoй 1701300. Пa

6.Рacxoд гaзa нa вxoдe в тypбинy 98.20 кг/c

7.Тeмпepaтypa тopмoжeния пepeд тypбинoй 1473.00 K

8.Влажность на входе в туpбину .0 %

СТУПЕНЬ 1

Выcoтa НЛ .0700 м ││ Выcoтa РЛ .0800 м

Сp. диaмeтp НА .9200 м ││ Сp. диaмeтp РК .9300 м

Чиcлo НЛ 70. ││ Чиcлo РЛ 100.

Влажность на выходе .0% ││

Отнocит. pacxoд в cтyпeни 1.000 ││ К-т изoэнтpoпы для гaзa 1.3300

Гaз. пocт. для гaзa 288.00 Дж/кг*К ││ Пpизнaк нaличия бaндaжa 1.

Рacпoлaгaeмый изoэнтpoпийный пepeпaд энтaльпий 275000.0 Дж/кг

Тepмoдинaмичecкaя cтeпeнь peaктивнocти нa cpeднeм диaмeтpe .240

Оxлaждeния вeнцoв в cтyпeни нe пpeдycмoтpeнo

СТУПЕНЬ 2

Выcoтa НЛ .1070 м ││ Выcoтa РЛ .1220 м

Сp. диaмeтp НА 1.0070 м ││ Сp. диaмeтp РК 1.0220 м

Чиcлo НЛ 70. ││ Чиcлo РЛ 100.

Влажность на выходе .0% ││

Отнocит. pacxoд в cтyпeни 1.000 ││ К-т изoэнтpoпы для гaзa 1.3300

Гaз. пocт. для гaзa 288.00 Дж/кг*К ││ Пpизнaк нaличия бaндaжa 1.

Рacпoлaгaeмый изoэнтpoпийный пepeпaд энтaльпий 254081.4 Дж/кг

Тepмoдинaмичecкaя cтeпeнь peaктивнocти нa cpeднeм диaмeтpe .320

Оxлaждeния вeнцoв в cтyпeни нe пpeдycмoтpeнo

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

(пo cтyпeням)

┌────┬─────────┬───────┬───────┬────────┬────────┬────────┬────────┬──────────┐

│ N │ G1 │ U1 │ C1 │ ALFA1 │ T1 │ T1* │ TW1* │ P1 │

├────┼─────────┼───────┼───────┼────────┼────────┼────────┼────────┼──────────┤

│ - │ кг/c │ м/c │ м/c │ гpaд │ К │ К │ К │ Пa │

│ 1 │ 98.20 │ 359.1 │ 624.7 │ 16.26 │ 1304.9 │ 1473.0 │ 1343.0 │ 1005931. │

│ 2 │ 98.20 │ 393.1 │ 569.2 │ 17.58 │ 1130.4 │ 1270.0 │ 1152.8 │ 531750. │

└────┴─────────┴───────┴───────┴────────┴────────┴────────┴────────┴──────────┘

┌────┬───────┬────────┬───────┬──────────┬────────┬───────┬────────┬──────────┐

│ N │ W1 │ BETA1 │ MC1 │ REC1 │ B1 │ T1/B1 │ DZ1N │ P1* │

├────┼───────┼────────┼───────┼──────────┼────────┼───────┼────────┼──────────┤

│ - │ м/c │ гpaд │ - │ - │ м │ - │ - │ Пa │

│ 1 │ 297.5 │ 36.01 │ .884 │ 1703365. │ .0507 │ .814 │ .0664 │ 1639382. │

│ 2 │ 227.9 │ 48.97 │ .865 │ 1271191. │ .0618 │ .731 │ .0623 │ 850167. │

└────┴───────┴────────┴───────┴──────────┴────────┴───────┴────────┴──────────┘

│ N │ G2 │ U2 │ C2 │ ALFA2 │ T2 │ T2* │ TW2S* │ P2 │

│ - │ кг/c │ м/c │ м/c │ гpaд │ К │ К │ К │ Пa │

│ 1 │ 98.20 │ 363.0 │ 184.8 │ 72.43 │ 1255.3 │ 1270.0 │ 1344.2 │ 839166. │

│ 2 │ 98.20 │ 398.9 │ 183.5 │ 87.95 │ 1066.2 │ 1080.7 │ 1154.8 │ 410000. │

│ N │ W2 │ BETA2 │ MW2 │ REW2 │ B2 │ Т2/B2 │ DZ2N │ P2Y* │

│ - │ м/c │ гpaд │ - │ - │ м │ - │ - │ Пa │

│ 1 │ 454.4 │ 22.82 │ .655 │ 918361. │ .0422 │ .692 │ .0804 │ 878840. │

│ 2 │ 453.5 │ 23.77 │ .710 │ 579291. │ .0415 │ .773 │ .0672 │ 432556. │

┌────┬─────────────┬─────────┬────────────┬────────┐────────┐

│ N │ SI1 │ HU │ N3 │ KPDV │ KPDY* │

├────┼─────────────┼─────────┼────────────┼────────┤────────┤

│ - │ Пa │ Дж/кг │ Вт │ - │ - │

├────┼─────────────┼─────────┼────────────┼────────┤────────┤

│ 1 │ 182775000. │ 235628. │ 22043890. │ .8385 │ .8921 │

│ 2 │ 260768000. │ 219750. │ 20676080. │ .8512 │ .9096 │

└────┴─────────────┴─────────┴────────────┴────────┘────────┘

Мoщнocть тypбины.............................. 43319970. вт

КПД тypбины пo зaтopмoжeнным пapaмeтpaм....... .901

КПД тypбины................................... .871

КПД тypбины c yчeтoм oxлaждeния............... .871

КПД тypбины пo зaтopмoжeнным пapaмeтpaм

c yчeтoм oxлaждeния........................... .901

По результатам расчета неохлаждаемой турбины спроектируем эффективную систему охлаждения.

4.2.2. Расчет системы охлаждения турбины компрессора.

4.2.2.1. Охлаждение СЛ первой ступени ТК.

Расчет системы охлаждения осуществим по методике, изложенной в [3].

Значение среднемассовой температуры газа () на входе в СА, согласно исходным данным, принимаем равным 1473К.

Определяем величину окружной неравномерности температуры поля газа , где - подогрев воздуха в камере сгорания (значение одинаково для всех ступеней СА); - температура газа на выходе из камеры сгорания (или на входе в первый СА); - температура воздуха за компрессором; а - коэффициент ступени (для 1 ступени ТК = 0,3, для 2 ступени ТК = 0,2).

Определяем максимальное значение температуры газа перед СА с учетом окружной неравномерности:

Задаемся допустимой температурой сопловых лопаток. Для материала ЖС32 допустимая температура оставляет .

Температура охлаждающего воздуха соответствует температуре вторичного воздуха в камере сгорания:

Определяем величину коэффициента глубины охлаждения по полученным значениям параметров:

По зависимости на рис. 4.2. стр. 109, [3] находим относительное количество охлаждающего воздуха (), учитывая, что охлаждение сопловых лопаток конвективно-пленочное:

Следовательно, на охлаждение СЛ первой ступени ТК потребуется охлаждающего воздуха.

4.2.2.2. Охлаждение СЛ второй ступени ТК.

Используем методику, представленную в разд. 4.2.2.1, для нахождения необходимых объемов охлаждающего воздуха для СА 2 ступени ТК.

Тогда:

на входе в СА принимаем равным 1270К, исходя из предварительных расчетов ТК.

Тогда:

Для , согласно рис. 4.2. стр. 109, [3],

(охлаждение сопловых лопаток конвективно-пленочное).

Следовательно, на охлаждение СА 2 ступени ТК потребуется охлаждающего воздуха.

4.2.2.3. Охлаждение РЛ первой ступени ТК.

Температура газа в относительном движении (T^*_w), согласно предварительным расчетам, составляет 1344 К.

Максимальная радиальная неравномерность поля газа определяется по формуле:

, где - коэффициент ступени

(для РЛ ТК = 0,1), а .

Определяем температуру газа в относительном движении с учетом радиальной неравномерности:

Задаемся допустимой температурой рабочих лопаток. Для материала ЖС32 допустимая температура оставляет .

Температура охлаждающего воздуха соответствует температуре вторичного воздуха в камере сгорания:

Определяем величину коэффициента глубины охлаждения по полученным значениям параметров:

Для , согласно рис. 4.2. стр. 109, [3],

(охлаждение сопловых лопаток конвективно-пленочное).

Следовательно, на охлаждение РЛ первой ступени ТК потребуется охлаждающего воздуха.

4.2.2.4. Охлаждение РЛ второй ступени ТК.

Температура газа в относительном движении (T^*_w), согласно предварительным расчетам, составляет 1155 К.

Максимальная радиальная неравномерность поля газа определяется по формуле:

где - коэффициент ступени (для РЛ ТК = 0,1),

а .

Определяем температуру газа в относительном движении с учетом радиальной неравномерности:

Задаемся допустимой температурой рабочих лопаток. Для материала ЖС32 допустимая температура оставляет .

Температура охлаждающего воздуха соответствует температуре вторичного воздуха в камере сгорания:

Определяем величину коэффициента глубины охлаждения по полученным значениям параметров:

Следовательно, охлаждение не требуется.

4.2.2.5. Охлаждение дисков.

Рекомендуемое значение относительного количества охлаждающего воздуха на каждую сторону диска лежит в интервале от 0,3% до 0,5%. Примем значение в 0,3%.

Тогда физический объем охлаждающего воздуха составит:

на одну сторону диска.

По проекту предусматривается охлаждение двух дисков ТК, охлаждение дисков СТ не предусматривается.

Тогда физический объем охлаждающего воздуха всех дисков составит:

4.2.2.6. Охлаждение вставок над рабочими лопатками.

Рекомендуемое значение относительного количества охлаждающего воздуха для ТК лежит в интервале от 0,3 до 0,5%. Примем значении в 0,3%.

По проекту предусматривается охлаждение вставок над рабочими лопатками ТК. Охлаждение вставок над рабочими лопатками СТ не предусматривается.

Тогда физический объем охлаждающего воздуха всех вставок составит:

Суммарные отборы на охлаждение составят:

4.2.3. Окончательный газодинамический расчет турбины компрессора.

Расход газа на входе в турбину определяется как:

G_в = 100,6 кг/с, согласно расчету компрессора.

- коэффициент, характеризующий утечки, примем его равным 0,99.

G_охл – воздух, отобранный на охлаждение из вторичной зоны камеры сгорания, равен, согласно расчетам 4,83 кг/с.

q_топ – относительный расход топлива, вычисляется по формуле:

, где

где значения , L₀ – приняты, как для стандартного углеводородного топлива, а средние удельные изобарические теплоемкости воздуха и средние удельные изобарические теплоемкости продуктов сгоранияприняты из [1], стр. 56-58.

Таким образом, расход газа на входе в турбину будет равен:

Мощность проектируемой ТК должна быть равна, с учетом механических потерь, мощности компрессора:

Мощность компрессора, согласно расчетам, составляет 42,25 МВт. Следовательно, мощность ТК должна иметь величину:

, где .

Расчет ТК осуществляем в программе «Opti». Результаты вычислений представлены в табл. 4.2.3.

Таблица 4.2.3.

1.Чиcлo cтyпeнeй тypбины 2

2.Чacтoтa вpaщeния poтopa 7455. oб/мин

3.Дaвлeниe гaзa зa тypбинoй 410000. Пa

4.К-т избыткa вoздyxa в кaмepe cгopaния 2.953

5.Дaвлeниe тopмoжeния пepeд тypбинoй 1701300. Пa

6.Рacxoд гaзa нa вxoдe в тypбинy 97.00 кг/c

7.Тeмпepaтypa тopмoжeния пepeд тypбинoй 1473.00 K

СТУПЕНЬ 1

Выcoтa НЛ .0650 м ││ Выcoтa РЛ .0740 м

Сp. диaмeтp НА .9650 м ││ Сp. диaмeтp РК .9740 м

Чиcлo НЛ 70. ││ Чиcлo РЛ 100.

Влажность на выходе .0% ││

Отнocит. pacxoд в cтyпeни .990 ││ К-т изoэнтpoпы для гaзa 1.3300

Гaз. пocт. для гaзa 288.00 Дж/кг*К ││ Пpизнaк нaличия бaндaжa 1.

Рacпoлaгaeмый изoэнтpoпийный пepeпaд энтaльпий 275000.0 Дж/кг

Тepмoдинaмичecкaя cтeпeнь peaктивнocти нa cpeднeм диaмeтpe .240

Пapaмeтpы oxлaждaющeгo вoздyxa:

Отнocит. pacxoд для НЛ .0227 , Отнocит. pacxoд для РЛ .0109

Тeмпepaтypa для НЛ 690.0 K , Тeмпepaтypa для РЛ 690.0 K

Дaвлeниe для НЛ 1701300. Пa , Дaвлeниe для РЛ 0. Пa

СТУПЕНЬ 2

Выcoтa НЛ .1100 м ││ Выcoтa РЛ .1240 м

Сp. диaмeтp НА 1.0100 м ││ Сp. диaмeтp РК 1.0240 м

Чиcлo НЛ 70. ││ Чиcлo РЛ 100.

Влажность на выходе .0% ││

Отнocит. pacxoд в cтyпeни 1.027 ││ К-т изoэнтpoпы для гaзa 1.3300

Гaз. пocт. для гaзa 288.00 Дж/кг*К ││ Пpизнaк нaличия бaндaжa 1.

Рacпoлaгaeмый изoэнтpoпийный пepeпaд энтaльпий 252162.8 Дж/кг

Тepмoдинaмичecкaя cтeпeнь peaктивнocти нa cpeднeм диaмeтpe .320

Пapaмeтpы oxлaждaющeгo вoздyxa:

Отнocит. pacxoд для НЛ .0079 , Отнocит. pacxoд для РЛ .0059

Тeмпepaтypa для НЛ 690.0 K , Тeмпepaтypa для РЛ 690.0 K

Дaвлeниe для НЛ 1701300. Пa , Дaвлeниe для РЛ 0. Пa

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

(пo cтyпeням)

│ N │ G1 │ U1 │ C1 │ ALFA1 │ T1 │ T1* │ TW1* │ P1 │

│ - │ кг/c │ м/c │ м/c │ гpaд │ К │ К │ К │ Пa │

│ 1 │ 97.00 │ 376.7 │ 612.6 │ 17.38 │ 1296.0 │ 1457.6 │ 1329.0 │ 1005931. │

│ 2 │ 100.38 │ 394.2 │ 563.6 │ 17.87 │ 1116.9 │ 1253.7 │ 1138.5 │ 532105. │

│ N │ W1 │ BETA1 │ MC1 │ REC1 │ B1 │ T1/B1 │ DZ1N │ P1* │

│ - │ м/c │ гpaд │ - │ - │ м │ - │ - │ Пa │

│ 1 │ 277.1 │ 41.35 │ .870 │ 1981397. │ .0595 │ .728 │ .0777 │ 1615641. │

│ 2 │ 223.9 │ 50.58 │ .862 │ 1331409. │ .0640 │ .708 │ .0650 │ 847767. │

│ N │ G2 │ U2 │ C2 │ ALFA2 │ T2 │ T2* │ TW2S* │ P2 │

│ - │ кг/c │ м/c │ м/c │ гpaд │ К │ К │ К │ Пa │

│ 1 │ 99.26 │ 380.2 │ 187.5 │ 85.38 │ 1242.5 │ 1257.7 │ 1324.9 │ 839166. │

│ 2 │ 101.20 │ 399.7 │ 188.5 │ 88.05 │ 1052.1 │ 1067.2 │ 1138.4 │ 410000. │

│ N │ W2 │ BETA2 │ MW2 │ REW2 │ B2 │ Т2/B2 │ DZ2N │ P2Y* │

│ - │ м/c │ гpaд │ - │ - │ м │ - │ - │ Пa │

│ 1 │ 437.3 │ 25.31 │ .634 │ 1006087. │ .0473 │ .647 │ .0851 │ 880457. │

│ 2 │ 447.7 │ 24.70 │ .705 │ 641823. │ .0456 │ .705 │ .0691 │ 433827. │

┌────┬─────────────┬─────────┬────────────┬────────┐────────┐

│ N │ SI1 │ HU │ N3 │ KPDV │ KPDY* │

├────┼─────────────┼─────────┼────────────┼────────┤────────┤

│ - │ Пa │ Дж/кг │ Вт │ - │ - │

├────┼─────────────┼─────────┼────────────┼────────┤────────┤

│ 1 │ 180105000. │ 229589. │ 21535720. │ .8155 │ .8699 │

│ 2 │ 263862700. │ 215050. │ 21083820. │ .8393 │ .9002 │

└────┴─────────────┴─────────┴────────────┴────────┘────────┘

Мoщнocть тypбины.............................. 42679540. вт

КПД тypбины пo зaтopмoжeнным пapaмeтpaм....... .886

КПД тypбины................................... .856

КПД тypбины c yчeтoм oxлaждeния............... .845

КПД тypбины пo зaтopмoжeнным пapaмeтpaм

c yчeтoм oxлaждeния........................... .873

Поскольку значения температур сопловых и рабочих лопаток в расчете ТК с охлаждением отличаются незначительно от значений температур в расчете ТК без охлаждения, то объемы охлаждающего воздуха перерасчету подвергать не будем.

Расход газа на выходе из ТК:

где G_возв – величина расхода воздуха, возвращенная в проточную часть, после рабочих лопаток 2 ступени ТК, до сопловых лопаток 1 ступени СТ. Здесь имеется виду объемы воздуха, возвращенные после охлаждения задней поверхности диска 2 ступени ТК и после охлаждения вставки над рабочими лопатками 2 ступени ТК. По причине того, что эти объемы воздуха малы, примем допущение, что они не приведут к изменению газодинамических параметров.

4.3. Газодинамический расчет силовой турбины.

Для увеличения мощности, вырабатываемой свободной турбиной, предусмотрено использовать диффузор. Диффузор служит для использования выходной кинетической энергии из последней ступени турбины. Тем самым процесс расширения в турбине происходит до давления, ниже атмосферного. Для расчета эффективности диффузора необходимо иметь параметры за последней ступенью турбины. Поэтому сначала необходимо провести расчет свободной турбины, предполагая, что процесс расширения производится до давления ниже атмосферного, а после получения параметров найти эффективность диффузора и сравнить с существующими реальными значениями.

Зададимся давлением за последней ступенью СТ.

Пусть .

Расход на входе в СТ:

где Gвых ТК – расход газа, на выходе из турбины компрессора.

Давление торможения и температуру торможения на входе в СТ примем равными давлению торможения и температуре торможения на выходе из ТК.

Значение частоты вращения ротора берем из прототипа.

Результаты расчета СТ приведены в табл.4.3.

Таблица 4.3

┌───────────────────────────────────────────────┐

│ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ (c yчeтoм вaшиx пoпpaвok) │

└───────────────────────────────────────────────┘

┌─────────────────────┐

│ ДЛЯ ТУРБИНЫ В ЦЕЛОМ │

└─────────────────────┘

1.Чиcлo cтyпeнeй тypбины 2

2.Чacтoтa вpaщeния poтopa 5714. oб/мин

3.Дaвлeниe гaзa зa тypбинoй 97000. Пa

4.К-т избыткa вoздyxa в кaмepe cгopaния 2.953

5.Дaвлeниe тopмoжeния пepeд тypбинoй 433830. Пa

6.Рacxoд гaзa нa вxoдe в тypбинy 101.8 кг/c

7.Тeмпepaтypa тopмoжeния пepeд тypбинoй 1067.20 K

8.Влажность на входе в туpбину .0 %

┌────────────┐

│ СТУПЕНЬ 1 │

└────────────┘

Выcoтa НЛ .1600 м ││ Выcoтa РЛ .1700 м

Сp. диaмeтp НА 1.2560 м ││ Сp. диaмeтp РК 1.2650 м

Чиcлo НЛ 50. ││ Чиcлo РЛ 70.

Влажность на выходе .0% ││

Отнocит. pacxoд в cтyпeни 1.000 ││ К-т изoэнтpoпы для гaзa 1.3300

Гaз. пocт. для гaзa 288.00 Дж/кг*К ││ Пpизнaк нaличия бaндaжa 1.

Рacпoлaгaeмый изoэнтpoпийный пepeпaд энтaльпий 205000.0 Дж/кг

Тepмoдинaмичecкaя cтeпeнь peaктивнocти нa cpeднeм диaмeтpe .400

Оxлaждeния вeнцoв в cтyпeни нe пpeдycмoтpeнo

┌────────────┐

│ СТУПЕНЬ 2 │

└────────────┘

Выcoтa НЛ .2550 м ││ Выcoтa РЛ .2750 м

Сp. диaмeтp НА 1.2950 м ││ Сp. диaмeтp РК 1.3050 м

Чиcлo НЛ 77. ││ Чиcлo РЛ 91.

Влажность на выходе .0% ││

Отнocит. pacxoд в cтyпeни 1.000 ││ К-т изoэнтpoпы для гaзa 1.3300

Гaз. пocт. для гaзa 288.00 Дж/кг*К ││ Пpизнaк нaличия бaндaжa 0.

Рacпoлaгaeмый изoэнтpoпийный пepeпaд энтaльпий 196942.3 Дж/кг

Тepмoдинaмичecкaя cтeпeнь peaктивнocти нa cpeднeм диaмeтpe .450

Оxлaждeния вeнцoв в cтyпeни нe пpeдycмoтpeнo

┌────────────────────┐

│ РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА │

│ (пo cтyпeням) │

└────────────────────┘

│ N │ G1 │ U1 │ C1 │ ALFA1 │ T1 │ T1* │ TW1* │ P1 │

│ - │ кг/c │ м/c │ м/c │ гpaд │ К │ К │ К │ Пa │

│ 1 │ 101.36 │ 375.7 │ 479.7 │ 17.75 │ 968.1 │ 1067.2 │ 980.1 │ 284625. │

│ 2 │ 101.55 │ 387.4 │ 451.6 │ 19.55 │ 827.8 │ 915.6 │ 838.2 │ 143662. │

│ N │ W1 │ BETA1 │ MC1 │ REC1 │ B1 │ T1/B1 │ DZ1N │ P1* │

│ - │ м/c │ гpaд │ - │ - │ м │ - │ - │ Пa │

│ 1 │ 167.3 │ 60.98 │ .788 │ 1192916. │ .0990 │ .797 │ .0646 │ 421601. │

│ 2 │ 155.9 │ 75.83 │ .802 │ 515721. │ .0690 │ .765 │ .0587 │ 215707. │

│ N │ G2 │ U2 │ C2 │ ALFA2 │ T2 │ T2* │ TW2S* │ P2 │

│ - │ кг/c │ м/c │ м/c │ гpaд │ К │ К │ К │ Пa │

│ 1 │ 101.80 │ 378.4 │ 174.5 │ 86.27 │ 902.5 │ 915.6 │ 981.0 │ 209247. │

│ 2 │ 101.80 │ 390.4 │ 188.7 │ 88.36 │ 756.4 │ 771.8 │ 839.2 │ 97000. │

│ N │ W2 │ BETA2 │ MW2 │ REW2 │ B2 │ Т2/B2 │ DZ2N │ P2Y* │

│ - │ м/c │ гpaд │ - │ - │ м │ - │ - │ Пa │

│ 1 │ 426.9 │ 24.07 │ .726 │ 598487. │ .0674 │ .842 │ .0663 │ 221562. │

│ 2 │ 438.4 │ 25.49 │ .815 │ 282404. │ .0494 │ .912 │ .0625 │ 105036. │

┌────┬─────────────┬─────────┬────────────┬────────┐────────┐

│ N │ SI1 │ HU │ N3 │ KPDV │ KPDY* │

├────┼─────────────┼─────────┼────────────┼────────┤────────┤

│ - │ Пa │ Дж/кг │ Вт │ - │ - │

├────┼─────────────┼─────────┼────────────┼────────┤────────┤

│ 1 │ 250838600. │ 175943. │ 16419750. │ .8458 │ .9115 │

│ 2 │ 354714000. │ 166949. │ 15658960. │ .8396 │ .9203 │

└────┴─────────────┴─────────┴────────────┴────────┘────────┘

Вceгo былo paccчитaнo 1 вapиaнтoв.

*****************************************************************

В вapиaнтe 1 пoлyчeнo нaибoльшee знaчeниe КПД тypбины:

Рeзyльтaты pacчeтa 1 вapиaнтa:

--------------------------------

Мoщнocть тypбины.............................. 32078700. вт

КПД тypбины пo зaтopмoжeнным пapaмeтpaм....... .916

КПД тypбины................................... .874

КПД тypбины c yчeтoм oxлaждeния............... .874

КПД тypбины пo зaтopмoжeнным пapaмeтpaм

c yчeтoм oxлaждeния........................... .916

Проведем расчет эффективности диффузора. Эффективность диффузора С_p вычисляется по формуле:

где Р₃ – давление за диффузором (атмосферное давление), Р₂ – давление за последней ступенью СТ, - плотность газа, в сечении за последней ступенью СТ, С₂ – скорость потока на выходе из последней ступени СТ.

Таким образом:

,где

Полученное значение эффективности диффузора удовлетворяет существующим реальным значениям, поэтому перерасчет проводить не будем.

Мощность турбины, согласно расчетам, составляет 32,07МВт. В процессе проектирования было принято решение об использовании выходного диффузора, что прибавило полезной мощности установке.

4.4. Расчет закрутки потока.

Проведем расчет закрутки потока в пяти сечениях по высоте рабочей лопатки 2 ступени свободной турбины в соответствии с методикой [4]. Расчет закрутки потока проведем по закону . К положительным свойствам закрутки такого типа относится относительная дешевизна изготовления лопаточного аппрата.

Результаты расчета приведены в табл. 4.4.

Таблица 4.4

величины	единицы измерения	номер сечения
величины	единицы измерения	1	2	3	4	5
r	м	0,5145	0,58325	0,652	0,72075	0,7895
	град.	19,5	19,5	19,5	19,5	19,5
	град.	104,87	94,62	86,97	80,35	74,21
	град.	44,29	56,84	75,46	-81,12	-59,38
	град.	27,20	27,43	25,48	22,71	19,76
c₁	м/с	513,480	482,269	456,134	433,835	414,515
c₂	м/с	189,659	189,824	181,695	171,057	160,154
w₁	м/с	245,756	192,547	157,492	-146,752	-160,994
w₂	м/с	401,049	410,683	421,775	436,715	455,940
c_1z	м/с	171,614	161,183	152,448	144,995	138,538
c_1u	м/с	483,953	454,536	429,905	408,887	390,679
c_2z	м/с	183,310	189,206	181,441	168,635	154,109
c_2u	м/с	-48,661	-15,296	9,613	28,686	43,586
u	м/с	308,043	349,205	390,367	431,529	472,692

Треугольники скоростей в пяти сечениях по высоте лопатки представлены на рис. 4.4.1-4.4.5.

Рис. 4.4.1. Треугольники скоростей в сечении 1 (корневое сечение).

Рис. 4.4.2. Треугольники скоростей в сечении 2 (средне-корневое сечение).

Рис. 4.4.3. Треугольники скоростей в сечении 3 (среднее сечение).

Рис. 4.4.4. Треугольники скоростей в сечении 4 (средне-периферийное сечение).

Рис. 4.4.5. Треугольники скоростей в сечении 5 (периферийное сечение).

4.5. Постороение профилей лопаточного аппарата.

Для построения профилей лопаточного аппарата необходимо знать значения параметров хорды (b), ширины (B) , шага (t) , радиуса входной (r_вх) и выходной (r_вых) кромок.

Из окончательного газодинамического расчета СТ на среднем диаметре (сечение 3) для РЛ имеем:

;

По этим параметрам несложно найти остальные значения параметров на среднем диаметре, необходимых для построения профиля РЛ:

;

Для определения параметров РЛ в сечениях 1, 2, 4, 5, зададимся по линейному закону изменением ширины лопатки по высоте таким образом, чтобы хорда по высоте уменьшалась, проектируемая лопатка отвечала прочности, и чтобы получившиеся значения по возможности совпадали с оптимальными. Результаты прочностных расчетов приведены в соответствующей главе.

Шаг решетки для РЛ в сечениях 1, 2, 4, 5 рассчитывался по следующей формуле: , где z – число лопаток.

Параметры решетки для РЛ в пяти сечениях представлены в табл. 4.5.1.

Таблица 4.5.1.

величины	единицы измерения	номер сечения
величины	единицы измерения	1	2	3	4	5
B	мм	56,80	47,60	37,80	30,10	22,20
b	мм	62,57	56,64	51,44	48,76	43,91
t	мм	35,52	40,27	45,02	49,77	54,51
r_вх	мм	2,31	1,98	1,70	1,51	1,27
r_вых	мм	1,19	1,02	0,87	0,78	0,66

Результаты профилирования представлены на рис. 4.5.1. – 4.5.5.

Рис. 4.5.1. Треугольники скоростей и рабочая лопатка

<<< < Предыдущая 1 23 / 103 4 5 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке Шеметов А.А

#
23.05.20154.25 Mб112диплом.doc
#
23.05.201516.16 Mб90диплом_Шеметов.pdf