Шеметов А.А / диплом_Шеметов

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

23

[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:

Поступенчатый расчет компрессора выполнен по методике [2], стр. 345. Результаты расчета сведены в табл.4.1.

24

25

Продолжение табл. 4.1

26

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 ηса = 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:

27

Адиабатическая разность температур в компрессоре:

Действительное повышение температуры в компрессоре:

Адиабатический к.п.д. компрессора:

Задаемся механическим к.п.д. ηmex = 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.

28

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.

29

Таблица 4.2.1.

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

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

┌────┬─────────┬───────┬───────┬────────┬────────┬────────┬────────┬──────────┐ │ N │ G2 │ U2 │ C2 │ ALFA2 │ T2 │ T2* │ TW2S* │ P2 │ ├────┼─────────┼───────┼───────┼────────┼────────┼────────┼────────┼──────────┤ │ - │ кг/c │ м/c │ м/c │ гpaд │ К │ К │ К │ Пa │ ├────┼─────────┼───────┼───────┼────────┼────────┼────────┼────────┼──────────┤

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

30

┌────┬───────┬────────┬───────┬──────────┬────────┬───────┬────────┬──────────┐ │ N │ W2 │ BETA2 │ MW2 │ REW2 │ B2 │ Т2/B2 │ DZ2N │ P2Y* │ ├────┼───────┼────────┼───────┼──────────┼────────┼───────┼────────┼──────────┤ │ - │ м/c │ гpaд │ - │ - │ м │ - │ - │ Пa │ ├────┼───────┼────────┼───────┼──────────┼────────┼───────┼────────┼──────────┤

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

┌────┬─────────────┬─────────┬────────────┬────────┐────────┐ │ N │ SI1 │ HU │ N3 │ KPDV │ KPDY* │ ├────┼─────────────┼─────────┼────────────┼────────┤────────┤ │ - │ Пa │ Дж/кг │ Вт │ - │ - │ ├────┼─────────────┼─────────┼────────────┼────────┤────────┤

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

По результатам расчета неохлаждаемой турбины спроектируем эффективную систему охлаждения.

31

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 (Тz*срм ) на входе в СА, согласно

исходным данным, принимаем равным 1473К.

Определяем величину окружной неравномерности температуры поля газа

воздуха в камере сгорания (значение одинаково для всех ступеней СА); T3* -

температура газа на выходе из камеры сгорания (или на входе в первый СА); Tk*

- температура воздуха за компрессором; а k - 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:

Тг*.мак Тz*срм Токр* 1473 234 1707К .

Задаемся допустимой температурой сопловых лопаток. Для материала ЖС32 допустимая температура оставляет 1000 С .

Температура охлаждающего воздуха соответствует температуре вторичного воздуха в камере сгорания:

Тохл.в 693К .

Определяем величину коэффициента глубины охлаждения по полученным значениям параметров:

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

охл Gв.охл 0,02.

Gв

Следовательно, на охлаждение СЛ первой ступени ТК потребуется 0,02 100,6 2,012кг/с охлаждающего воздуха.

32