- •Оглавление
- •Раздел 1. Теория турбинных ступеней.
- •Цель, задачи, предмет изучения и основное содержание дисциплины «стд. Судовые турбомашины», ее роль и место в системе подготовки специалиста в соответствии с требованиями гос впо и кт
- •Назначение паровой турбины( турбомашины) и ее особенности как теплового двигателя. Принцип действия пт
- •Классификация паровых турбин судовых энергетических установок
- •А). Основные уравнения парового потока в турбине
- •1. Геометрические характеристики турбинной ступени
- •2. Понятие об элементарной плоской турбинной ступени. Геометрические характеристики турбинной решетки.
- •3. Преобразование энергии пара в активной и реактивной турбинных ступенях
- •1. Определение скорости выхода пара из каналов направляющего аппарата и рабочей решетки.
- •1.1. Определение скорости выхода пара из каналов рабочей решетки
- •1.3. Понятие о степени реакции
- •2.1 Влияние косого среза на работу решетки
- •2.2. Расход пара через решетку. Определение высоты лопаток
- •1. Физическая сущность потерь кинетической энергии пара
- •2. Аэродинамические характеристики решеток и их определение
- •Б). Влияние числа Маха на потери энергии
- •3. Влияние конструктивных факторов на потери энергии
- •1. Силовое воздействие потока пара на рабочие лопатки
- •2. Работа на окружности турбинной ступени
- •3. Общее выражение для кпд на окружности турбинной ступени
- •1. Определение и состав внутренних потерь
- •2. Общая характеристика потерь на протечки через зазоры
- •3.Потери на протечки через зазоры в реактивной и активной турбинных ступенях
- •1. Внутренние потери энергии в активной турбинной ступени
- •2. Потери энергии от влажности пара и неучтенные потери
- •3. Внутренняя работа и внутренний кпд турбинной ступени
- •1. Применение радиальных турбинных ступеней в турбомашинах
- •2. Кинематика рабочей среды в радиальных турбинных ступенях
- •Очевидно, что
- •3. Силовое воздействие потока рабочей среды в радиальных турбинных ступенях
- •1. Методы и задачи теплового расчета, исходные данные
- •Давление пара за турбинной ступенью р1.
- •Адиабатный перепад на турбинную ступень:
- •Располагаемый теплоперепад на турбинную ступень
- •Б). Определение формы межлопаточных каналов направляющих решеток
- •3. Оценка основных геометрических размеров ступени
- •1. Расчет направляющего аппарата
- •В). Расчет потерь энергии в направляющей решетке
- •Д). Построение входного треугольника скоростей
- •Особенности расчета рабочих лопаток
- •Б). Определение угла выхода пара из рабочей решетки
- •Д). Расчет потерь энергии в рабочей решетке
- •Расчет внутреннего кпд и внутренней мощности турбинной ступени
- •1. Принцип действия и устройство колес со ступенями скорости
- •2. Треугольники скоростей колеса с двумя ступенями скорости
- •3. Процесс в диаграмме h-s для колеса с двумя ступенями скорости
- •1. Работа и кпд на окружности двухвенечного колеса скорости
- •2. Область применения колес со ступенями скорости
- •1. Принципиальное устройство многоступенчатых паровых турбин
- •2. Процесс в диаграмме h-s для многоступенчатой паровой турбины
- •3. Понятие о возвращенном тепле. Связь между кпд многоступенчатой паровой турбины и кпд ее ступеней
- •1. Понятие об использовании выходной энергии мспт
- •2. Коэффициент использования выходной энергии
- •3. Процесс в диаграмме h-s при использовании выходной энергии
- •1. Эффективный кпд гтза и валопровода
- •2. Удельный и секундный расходы пара
- •3. Характеристика многоступенчатой паровой турбины
- •1. Определение осевого усилия, действующего на ротор многоступенчатой паровой турбины
- •2. Принцип действия думмиса и определение диаметра разгрузочного поршня
- •3. Осевые усилия, действующие на ротор многоступенчатой паровой турбины при работе на задний ход
1. Методы и задачи теплового расчета, исходные данные
При проектировании судовых паровых турбин применяется довольно большое количество различных методов тепловых расчетов. Основными из этих методов являются:
Метод расчета турбин по треугольникам скоростей;
Графические методы расчетов:
метод V2;
метод V;
Заводские методы расчетов.
Указанные методы теплового расчета турбин рекомендуется использовать в зависимости от целей проектирования.
Основным методом является – метод расчета турбин по треугольникам скоростей на расчетный режим, как правило, режим самого полного переднего хода. Из всех вышеуказанных методов он является наиболее строгим в теоретическом отношении и в то же время наиболее универсальным методом.
Используемое в этом методе построение процесса расширения пара в турбине на диаграмме h-s и построение треугольников скоростей является по существу составной частью почти всех других методов тепловых расчетов.
Графические методы расчетов проводятся для проверки возможности использования турбины на режимах, отличных от расчетного, а также, когда облопатывание проточной части выбрано по конструктивным соображениям, или по готовым образцам.
В таких случаях при наличии в ступенях малых адиабатических теплоперепадов построение процесса на диаграмме h-s становится затруднительным. Кроме того, ошибки графического порядка, неизбежно возникающие при операциях с большим количеством малых отрезков, приобретают существенное значение, более удобным становится применение графических методов расчетов по сравнению с методом треугольников скоростей.
Малые адиабатические перепады обычно имеют место в ступенях реактивных турбин; поэтому упомянутые графические методы расчетов нашли наибольшее применение при расчетах турбин реактивного типа, но могут также применяться и для расчета активных турбин.
Заводские методы расчета тепловых турбин, как правило, основаны на ряде опытных зависимостей и эмпирических формул, проверенных на большом количестве построенных турбин. При помощи этих зависимостей и формул могут быть определены различного рода потери в турбине и КПД ее ступеней. В теоретическом отношении заводские методы расчетов не содержат принципиально новых положений, а порядок их выполнения легко может быть усвоен при пользовании заводскими расчетными инструкциями.
Для более детального рассмотрения физических явлений преобразования энергии, уяснения взаимосвязи параметров, обобщения и закрепления знаний в области теории турбинной ступени ниже будем рассматривать метод расчета турбинных ступеней по треугольникам скоростей с использованием аэродинамических характеристик решеток профилей [2].
Тепловой расчет турбинной ступени имеет следующую цель: рассчитать такую турбинную ступень, которая имеет максимально возможный КПД при минимальных массогабаритных показателях и достаточно надежную в эксплуатации.
В ходе теплового расчета турбинной ступени необходимо решить следующие задачи:
Выбрать необходимые профили направляющей и рабочей решеток.
Определить основные геометрические характеристики турбинной ступени:
размеры турбинных решеток D, ℓ, В, в, z;
положение профилей в решетках t, βв, , ;
зазоры между подвижными и неподвижными частями турбинной ступени δr, δа, , ;
осевую длину турбинной ступени L.
Рассчитать параметры потока пара в выходных сечениях направляющей и рабочей решеток С1, W2, ∑qu и ∑qi.
Рассчитать внутреннюю мощность и внутренний КПД турбинной ступени Ni и ηi.
Расчет направляющей и рабочей решеток производится по одинаковой схеме, с той только разницей, что обтекание направляющей решетки рассматривается в абсолютном движении пара, а обтекание рабочей решетки – в относительном движении.
Переход от абсолютного движения пара к относительному и обратно осуществляется путем построения треугольников скоростей.
Состояние пара перед рассчитываемой решеткой определяется из расчета предыдущего венца лопаток. При расчете направляющего венца промежуточнойк - той ступени значения скорости с2к-1 на входе в решетку и входного угла потока α2к-1 определяется из выходного треугольника скоростей предыдущей ступени. При расчете рабочей решетки значения w1 и β1 определяются из входного треугольника скоростей данной ступени.
В качестве исходных данных для расчета промежуточной турбинной ступени следует рассматривать:
Состояние пара перед турбинной ступенью, которое может быть задано непосредственно точкой А0 диаграммы h-s (рис.66) или параметрами Р0 и t0, которые определяют эту точку. Для влажного пара вместо t0 задают степень сухости пара x0.
Скорость пара на входе в решетку С2к-1, при расчете направляющего аппарата первой ступени С2к-1 = 0.